Als Alternative zu fossilen Brennstoffen könnte dieser aus CO2-freiem Strom produzierte Kraftstoff in der Industrie oder im Verkehr eingesetzt werden. Ein Fortschritt, der in Nature Materials veröffentlicht wurde und es ermöglichen würde, das direkt von bestimmten Industrien emittierte CO zu nutzen und somit ihren gesamten CO2-Fußabdruck zu reduzieren.
E-Kraftstoffe (Elektrokraftstoffe) wie E-Ethanol sind eine attraktive Alternative zu fossilen Brennstoffen für den Einsatz in Industrie und Verkehr. Hergestellt aus CO2-freiem Strom, kann ihre Synthese potenziell durch direkte Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) erfolgen, das aus den konzentrierten Emissionen von metallurgischen Anlagen, Fermentern oder Zementwerken gewonnen wird, oder von Kohlenmonoxid (CO), das ebenfalls von bestimmten Industrien emittiert wird.
Aus chemischer Sicht sind diese Elektroreduktionsreaktionen von CO2 oder CO aufgrund der großen Anzahl beteiligter Elektronen und Protonen sehr komplex. Sie erfordern spezielle Elektrolyseure für die Gasumwandlung und vor allem effiziente und selektive Katalysatoren, um nur die gewünschten und direkt verwertbaren Produkte zu erzeugen.
In den letzten Jahren haben sich viele Bemühungen auf die Elektroreduktion von CO2 als vielversprechenden Ansatz zur Herstellung von Kraftstoffen und nützlichen organischen Molekülen für die chemische Industrie konzentriert. Es bestehen jedoch weiterhin große Hindernisse, die eine industrielle Umsetzung dieser Verfahren verhindern.
Die geringen Ausbeuten und die große Schwierigkeit, ausreichend selektive Katalysatoren zu finden, um die Bildung vieler Nebenprodukte zu vermeiden, sind die Hauptprobleme. Angesichts dieser Erkenntnis drängt sich eine Alternative auf: die Verwendung von Kohlenmonoxid (CO) als Reaktant, eine Strategie, die wahrscheinlich die Umwandlung in komplexere Verbindungen optimieren würde.
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In diesem Zusammenhang hat ein Team des Laboratoire de chimie des processus biologiques (CNRS/Collège de France/Sorbonne Université) in Zusammenarbeit mit TotalEnergies einen innovativen Katalysator auf Basis von Kupfernitrid entwickelt, der mit Gold-Nanopartikeln und isolierten Silberatomen angereichert ist.
Elektrochemische Tests zeigten, dass diese einzigartige Architektur eine effiziente Umwandlung von CO in mehrkohlenstoffhaltige Alkohole, insbesondere Ethanol und Propanol, begünstigt, anstatt die Bildung von Ethylen, das normalerweise das Hauptprodukt dieser Reaktionen ist. Theoretische Berechnungen zeigen, dass Gold und Silber die elektronischen Eigenschaften von Kupfer verändern und so die Reaktionswege zu Alkoholen anstelle von Kohlenwasserstoffen fördern.
Diese Ergebnisse eröffnen interessante Perspektiven für die nachhaltige Produktion von Kraftstoffen und chemischen Vorläufern aus CO. Langfristig könnte diese in Nature Materials veröffentlichte Technologie in industrielle Prozesse integriert werden, die darauf abzielen, das von bestimmten Industrien emittierte CO zu recyceln, wodurch ihr gesamter CO2-Fußabdruck verringert und dieses unterausgenutzte Gas genutzt würde.
Redakteur: AVR
Referenz:
Incorporation of isolated Ag atoms and Au nanoparticles in copper nitride for selective CO electroreduction to multicarbon alcohols
Hong Phong Duong, Jose Guillermo Rivera de la Cruz, David Portehault, Andrea Zitolo, Jacques Louis, Sandrine Zanna, Quentin Arnoux, Moritz W. Schreiber, Nicolas Menguy, Ngoc-Huan Tran & Marc Fontecave.
Nature Materials 2025
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02153-6