Kohlendioxid, ein Treiber des Klimawandels, ist seit langem ein Forschungsschwerpunkt. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von Shengding Cao, Forscher an der Smith School of Engineering, eröffnen neue Wege für die praktische Anwendung der Kohlenstoffumwandlungstechnologie und werden voraussichtlich die Design-Rahmenbedingungen für zukünftige Kohlenstoffumwandlungssysteme neu gestalten. Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Lösung des Kernproblems der Katalysatorstabilität während des Kohlenstoffumwandlungsprozesses.

Im Kohlenstoffumwandlungsprozess spielen Katalysatoren eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung von Kohlendioxid in Kraftstoffe und die Grundlage nachhaltiger Materialien. Unter ihnen haben kupferbasierte Materialien aufgrund ihrer effizienten Umwandlung von Kohlendioxid in Methan und Rohstoffe für die Stromerzeugung große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die erheblichen Veränderungen der Kupferkatalysatoren während der Umwandlung erschweren jedoch den Langzeitbetrieb. Das Team von Dr. Dinh verwendete innovative Methoden zur dynamischen Synthese und Wiederverwendung von Kupferkatalysatoren in elektrochemischen Reaktionen und ermöglichte so die In-situ-Bildung und Rückgewinnung von Katalysatoren im System. Diese Errungenschaft wurde in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht und demonstriert eine neue Idee zur Steuerung des Zustands von Katalysatoren durch elektrische Signale. „Wiederholte Zyklen gewährleisten die langfristige Selektivität und Stabilität des Katalysators, der eines der stabilsten derzeit verfügbaren Kohlenstoffumwandlungssysteme darstellt“, sagte Dr. Dinh.

Während herkömmliche Kohlenstoffumwandlungssysteme einen kontinuierlichen Betrieb erfordern, um eine Degradation des Katalysators zu verhindern, ermöglicht das neue System dem Katalysator, nach Reaktionsstopp in seinen Ausgangszustand zurückzukehren und beim Neustart schnell neuen Katalysator zu erzeugen. Diese intermittierende Betriebsstabilität eröffnet die Möglichkeit, Kohlenstoffumwandlungssysteme mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie zu integrieren. „Die hohe Energiedichte von Methan und die Kompatibilität mit der bestehenden Erdgasinfrastruktur machen es zur idealen Wahl für groß angelegte Energielösungen“, sagte Gao Guorui, Doktorand des Projekts.

Die Forschung war eine Gemeinschaftsarbeit von Institutionen in Kanada, den USA, Brasilien, Spanien und Australien. Dr. Dinhs Labor wird Prozesse zur Herstellung von Ethylen, Ethanol und anderen Produkten erforschen und an der Weiterentwicklung der Technologie arbeiten, um den Grundstein für eine nachhaltige Energiezukunft zu legen.

Weitere Informationen: Guorui Gao et al., Eine belastbare Betriebsstrategie für die selektive und stabile elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid zu Methan, Nature Energy (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Energy