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Neues Verfahren wandelt CO2 in flüssige Brennstoffe & Kunststoffe um

Wissenschaftler und Ingenieure haben ein neues, umweltfreundliches, einstufiges Verfahren zur Umwandlung von Kohlendioxid mithilfe von Plasma in höhere Kohlenwasserstoffe entwickelt. Das neue Verfahren führt zur Senkung der Kohlendioxid-Emission und macht unabhängiger von fossilen Brennstoffen.

Neuartiges Verfahren und die Vorteile

Mit dem neuartigen Verfahren kann Kohlendioxid in flüssige Brennstoffe oder Kunststoffe umgewandelt werden. Die Emission von Kohlendioxid wird reduziert. Das Verfahren kann die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern. Im Normalfall erfolgt die Umwandlung von Kohlendioxid durch Katalyse in mehreren Schritten bei Temperaturen von 400 bis 750 Grad Fahrenheit (ca. 399 °C) und unter hohem Druck. Um diese Bedingungen zu schaffen, ist viel Energie erforderlich. Die Entwicklung eines neuen Verfahrens für die Katalyse von Kohlendioxid unter milderen Bedingungen bleibt eine technische Herausforderung.

Möglicherweise haben die Forscher der Penn State, der Chinese University of Hongkong und der Sichuan University eine Lösung gefunden. Die Umwandlung von Kohlendioxid in höhere Kohlenwasserstoffe kann in einem einstufigen, plasmagestützten katalytischen Prozess erfolgen. Anders als beim herkömmlichen Verfahren reichen eine Temperatur von 75 Grad Fahrenheit (ca. 24 °C) und ein geringerer Druck aus, wenn ein Plasmareaktor mit dielektrischer Barriereentladung im Festbett verwendet wird.

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Nicht-thermisches Plasma als Schlüsselkomponente

Nicht-thermisches Plasma ist die Schlüsselkomponente für die Funktion der Katalyse. Aufgrund seiner Nicht-Gleichgewichtseigenschaften ist es ein geeignetes Medium für katalytische Umwandlungen bei niedrigen Temperaturen.

Der außerordentliche Forschungsprofessor am Penn State EMS Energy Institute, Xiaoxing Wang, spricht von einer Menge hochenergetischer Elektronen in der Plasmaphase. Sowohl Kohlendioxid- als auch Wasserstoffmoleküle in der Gasphase können diese Elektronen durch Anregung und Dissoziation aktivieren. Eine Oberflächenadsorption und -aktivierung wie bei der traditionellen thermischen Katalyse ist nicht erforderlich. So kann die Reaktion bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden.

Bei Raumtemperatur kann das Plasma die Hydrierung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid ermöglichen. Für die plasmakatalytische Kohlendioxid-Hydrierung wurden bisher schon verschiedene Katalysatoren untersucht. Im Ergebnis entstanden nur Kohlenmonoxid und Methan. Lediglich ein Bericht zeigte eine höhere Selektivität für Kohlenwasserstoffe von etwa 14 Prozent. Wie die Studie zeigt, wurde mit dem neuen Verfahren erstmals eine Selektivität für Kohlenwasserstoffe von 46 Prozent bei einer Kohlendioxid-Umwandlungsrate von 74 Prozent erreicht.

Einfluss der Katalysator-Bett-Konfiguration auf die plasmakatalytische Hydrierung

Die Arbeit der Forscher wurde kürzlich in Green Chemistry veröffentlicht. Sie zeigt, dass die Katalysator-Bett-Konfiguration die plasmakatalytische Hydrierung von Kohlendioxid zu höheren Kohlenwasserstoffen wesentlich beeinflusst. Die Wissenschaftler bestätigen, dass dieser Prozess in nur einem Schritt unter atmosphärischem Druck möglich ist.

Die Forscher verwenden gegenwärtig für diesen Prozess noch einen herkömmlichen Aluminiumoxid-gestützten Fisher-Tropsch-Katalysator. Sie sind davon überzeugt, dass die Methode weiterhin verbessert werden kann. Zur Erforschung des Beitrags von Plasma zur Umwandlung von Kohlendioxid und zur Kohlenwasserstoffbildung im plasmaaktivierten Zwei-Katalysator-Bett-Prozess arbeiten die Forscher an einem noch effektiveren Katalysator.

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Umwandlung von Kohlendioxid als Herausforderung des Klimawandels

Wang betont, dass die Umwandlung von Kohlendioxid die Herausforderung des Klimawandels darstellt. Seiner Meinung nach gibt es viel zu tun, um die Emission von Kohlendioxid zu verringern. Der Kohlenstoffkreislauf wird geschlossen, wenn Kohlendioxid wieder in Kraftstoffe umgewandelt werden kann. Der gesamte Prozess wird nachhaltiger und grüner. Bei der Entwicklung neuer Prozesse zur Hydrierung von Kohlendioxid bei niedrigen Temperaturen und Drücken bietet diese Arbeit der Forscher eine neuartige Strategie.

Quelle: news.psu.edu

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