de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam der Technischen Universität Wien (TU Wien) und der Universität Innsbruck ist es gelungen, einen neuen Reaktionsweg zu entdecken, der die direkte Synthese von Methan (CH₄) aus Kohlendioxid (CO₂) aus Abgasen oder der Luft und Wasserdampf ermöglicht. Damit könnte die Erdgasproduktion klimaneutral werden. Diese Forschung ist ein Schwerpunkt des vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF geförderten Exzellenzclusterprojekts MECS.
Das Forschungsteam stellte spezielle poröse Modellelektroden her, indem es Nickel auf mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid aufbrachte. Bei Kontakt mit Wasserdampf und Kohlendioxid löst dieses Material eine Reihe komplexer chemischer Prozesse aus, die schließlich zur Bildung von Methan führen. Professor Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der TU Wien erklärte, die Idee, Kohlendioxid zu zersetzen und mit Wasserstoff reagieren zu lassen, sei nicht neu, doch der Schlüssel liege in der Herkunft des Wasserstoffs. Derzeit stamme der meiste Wasserstoff noch aus fossilen Quellen (sogenannter „schwarzer“ oder „grauer“ Wasserstoff), was keine Klimaneutralität ermögliche. Ziel des Teams sei es, ein Verfahren zu entwickeln, das beide Reaktionsschritte gleichzeitig durchführt: die Zersetzung von Kohlendioxid zur Bereitstellung von Kohlenstoff und gleichzeitig die Zersetzung von Wasser zur Gewinnung von „grünem“ Wasserstoff, woraufhin Wasserstoff und Kohlenstoff erneuerbares Methan bilden.
Bernhard Klötzer von der Universität Innsbruck wies darauf hin, dass man bisher annahm, Nickel sei der Hauptfaktor für diesen chemischen Prozess, doch einige experimentelle Ergebnisse passten nicht dazu. Um der Sache auf den Grund zu gehen, verfolgte das Team die chemischen Veränderungen in Echtzeit mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie. Dabei stellte sich heraus, dass Zirkoniumoxid eine weitaus aktivere Rolle spielt als bisher angenommen. Der Erstautor der Studie, Christoph Thurner, erläuterte, dass Kohlenstoff nach Anlegen einer Spannung zunächst auf den Nickelatomen abgeschieden werde, ein Teil des Kohlenstoffs jedoch auf die Zirkoniumoxidoberfläche wandere und eine aktive Kohlenstoff-Zirkonium-Verbindung bilde. Sobald diese mit geringen Mengen Wasserdampf in Kontakt komme, reagiere sie zu Methan. Alexander Genest von der TU Wien bestätigte durch Simulationen, dass das Methan über einen zuvor unbekannten Reaktionsweg entsteht. Diese Entdeckung eröffne neue Perspektiven für die Entwicklung von Elektrolysezellen, die überschüssige elektrische Energie aus Quellen wie der Solarphotovoltaik in Methan umwandeln und so Energie in chemischer Form langfristig speichern könnten.
