de.wedoany.com-Bericht: Ein Forscherteam der Swanson School of Engineering der Universität Pittsburgh (University of Pittsburgh Swanson School of Engineering) hat bei der Erforschung eines sauberen Verfahrens zur Herstellung von Ethylen aus Ethan zufällig eine kostengünstige Methode zur Herstellung von hochwertigem Graphit entdeckt. Beim Einleiten von Ethan in geschmolzenes Metall bei Temperaturen unter 1000 Grad Celsius beobachteten die Forscher, dass die an die Oberfläche aufsteigenden Kohlenstoff-Nebenprodukte eine „flockige" Struktur aufwiesen, die sich als hochwertiger Graphit herausstellte.
Graphit ist ein Schlüsselbestandteil von Lithium-Ionen-Batterien und wird häufig in Elektrofahrzeugen, elektronischen Geräten und im Bereich der grünen Energiespeicherung eingesetzt. Derzeit erfordert das gängige Herstellungsverfahren für Graphit das Erhitzen des Rohmaterials auf 3000 Grad Celsius, was extrem energieineffizient ist, und rund 95 % der weltweiten Versorgung stammen aus China. Die neu entdeckte Technologie wurde zufällig von Aime Laurent Twizerimana, damals Doktorand, im Labor von Professor Götz Veser entwickelt. Das Team meldete daraufhin ein vorläufiges Patent an und gründete das Startup Graphonos Materials (ehemals Grapheon).
Professor Veser, Professor für Chemie- und Erdöltechnik an der Swanson School, erklärte, dass die Forschung darauf abzielt, Wege zur Verbindung der Verarbeitung fossiler Brennstoffe mit einer nachhaltigeren Zukunft zu finden. Zu den Kernmitgliedern des Teams gehören Veser, Twizerimana, Assistenzprofessor Mohammad Masnadi und Doktorand Nader Sawtarie. Sie konzentrieren sich auf neue Methoden zum Cracken von Ethan. Ethan ist der Hauptbestandteil von Erdgas im Westen Pennsylvanias. Der Crackprozess zur Herstellung von Ethylen erfordert viel Wärmeenergie und erzeugt feste Kohlenstoff-Nebenprodukte. Herkömmliche Verfahren injizieren Dampf, um eine Verstopfung des Reaktors zu verhindern, aber dieser Prozess ist energieintensiv, emissionsreich und erfordert regelmäßige Stillstände zur Reinigung von Kohlenstoffablagerungen.
Die Forscher wandten sich stattdessen der Katalyse mit geschmolzenem Metall zu. Diese Technologie existiert seit fast einem Jahrhundert, wurde aber nicht weit verbreitet eingesetzt. Masnadi erklärte, dass die extrem hohe Dichte des geschmolzenen Metalls es dem Kohlenstoff ermöglicht, an die Oberfläche zu steigen, was die Trennung erleichtert. In seiner Doktorarbeit entdeckte Twizerimana, dass die Kohlenstoffstruktur bei Verwendung bestimmter Metalle flauschiger war. Nach der Charakterisierung durch Sawtarie stellte sich heraus, dass es sich bei dem Nebenprodukt um hochwertigen Graphit handelt.
Derzeit wird der meiste batteriefähige Graphit in China in einem Chargenverfahren hergestellt, das etwa drei Wochen dauert und Nadelkoks auf 3000 Grad Celsius erhitzt. Das von der Universität Pittsburgh entwickelte Verfahren kann batteriefähigen Graphit bei Temperaturen unter 1000 Grad Celsius herstellen und gleichzeitig Wasserstoff als wertvolles Nebenprodukt erzeugen. Die Technologie wurde im Labor validiert und hat die Aufmerksamkeit von Risikokapitalgebern auf sich gezogen. Das Team gewann kürzlich den Aramco Innovator Prize in Höhe von 20.000 US-Dollar beim Rice Business Plan Competition und den Hauptpreis in Höhe von 25.000 US-Dollar beim Big Idea Competition der Universität Pittsburgh.
Twizerimana, CEO von Graphonos Materials, erklärte, dass ein starker Marktbedarf an kostengünstigem, nachhaltigem Graphit bestehe. Das Team sammelt derzeit Mittel für die Entwicklung des ersten vollständigen Tischmodellsystems, das eine Produktion von mehreren Kilogramm Graphit pro Tag anstrebt. Veser wies darauf hin, dass das Projekt bei Erfolg in der Lage sein werde, Ethan aus West-Pennsylvania vor Ort in zwei Produkte umzuwandeln, die für die Energiewende von entscheidender Bedeutung sind.
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