"Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Abgase Ihres Autos oder die Emissionen einer Fabrik von der Sonne in ein Produkt umgewandelt werden können, das in Fahrzeugen als saubere Energiequelle oder in Brennstoffzellen verwendet wird oder zur Herstellung von Kunststoff dient", erklärt Hui Su, Hauptautorin der Studie und Postdoktorandin am Chemiedepartment der McGill-Universität. "Genau das ermöglicht dieser neue chemische Prozess."
Das Forschungsteam konnte tatsächlich Methan und Kohlendioxid in nur einer Reaktion und allein durch Sonneneinstrahlung in grünes Methanol und Kohlenmonoxid umwandeln – zwei Produkte von großem Wert für die chemische und die Energieindustrie, so die Forschenden.
Ein natürliches Phänomen als Grundlage für eine nachhaltige Lösung
Die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie beschreibt einen neuen Mechanismus, der von der Natur inspiriert ist: Er erinnert an die Photosynthese, bei der Pflanzen Kohlendioxid und Wasser unter dem Einfluss von Sonnenlicht in Glukose und Sauerstoff umwandeln.
Ein unter Sonneneinstrahlung exponiertes Gemisch aus Gold, Palladium und Galliumnitrid, das als Katalysator dient, löst eine Reaktion aus: Kohlendioxid gibt ein Sauerstoffatom ab, das sich mit einem Methanmolekül verbindet und grünes Methanol sowie das Nebenprodukt Kohlenmonoxid bildet.
"Dank der reichlich vorhandenen Energie der Sonne ist es im Wesentlichen möglich, zwei Treibhausgase in nützliche Produkte zu recyceln. Im Gegensatz zu anderen chemischen Reaktionen erfordert der Prozess keine starken Reagenzien und funktioniert bei Raumtemperatur", erklärt Chao-Jun Li, Hauptautor der Studie, James-McGill Distinguished Professor am Chemiedepartment der McGill-Universität und Inhaber des Canada Research Chairs für Grüne Chemie.
"Diese Innovation eröffnet vielversprechende Wege für Kanada, das bis 2050 klimaneutral sein möchte. Sie verwandelt ein Umweltproblem in eine Lösung für eine nachhaltigere Zukunft", sagt Jing-Tan Han, Hauptautor der Studie und Doktorand am Chemiedepartment der McGill-Universität.
Die Studie wurde durch den Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, das Canada Research Chairs Program, den Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, die Canada Foundation for Innovation, den Fonds des Sustainability Systems Development Hubs der McGill-Universität, Axelys und CataLum Technologies finanziert.
Die Studie "Photosynthesis of CH3OH via oxygen-atom-grafting from CO2 to CH4 enabled by AuPd/GaN", von Su, H., Li, C. et al., wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.