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Quelle: Sergej Schimanowitsch / stock.adobe.com , modifiziert durch Redaktion Bioökonomie.de
Aus dem Treibhausgas CO₂ wird im Labor flüssiges Ethanol: Ein Team der Karls-Universität Prag hat dafür eine lichtaktive Elektrode entwickelt. Licht liefert einen Teil der Energie, zusätzlich wird eine elektrische Spannung angelegt. Die Studie erschien in Advanced Energy Materials.
Eine Schutzschicht hält länger
Im Zentrum steht Kupfer(I)-oxid. Das Halbleitermaterial fängt sichtbares Licht ein, verliert im Wasser aber rasch seine Funktion. Die Forschenden kombinierten es daher mit MXen, einem leitfähigen Material aus hauchdünnen Schichten auf Basis von Titan und Kohlenstoff. Auf der Oberfläche des MXens erzeugten sie eine hauchdünne Schicht aus Titandioxid. Sie erleichtert den Transport elektrischer Ladungen und bremst den Abbau des Kupferoxids.
Die beschichtete Elektrode erzeugte nach zwei Stunden pro Fläche und Zeit rund 2,4-mal so viel Ethanol wie die unbeschichtete Vergleichselektrode. Ethanol war das einzige nachgewiesene flüssige Reaktionsprodukt. Nach sechs Stunden lag die Produktionsrate noch bei etwa drei Vierteln des Zweistundenwerts. Nach zehn Stunden war sie auf gut die Hälfte gesunken. Die Schutzschicht bremst den Leistungsverlust damit deutlich, verhindert ihn aber bislang nicht.
Technischer Weg im Kohlenstoffkreislauf
Die Arbeit wurde unter anderem im EU-Projekt DESIRED gefördert. Das Projekt entwickelt Verfahren, die Kohlendioxid und Wasser mit Sonnenenergie zu energiereichen Verbindungen umsetzen sollen. Dafür entstehen neue Reaktoren und wiederverwendbare Katalysatoren; auch Wirtschaftlichkeit und Umweltwirkungen werden untersucht. Produkte wie Ethanol könnten langfristig als Ausgangsstoffe für Kraftstoffe dienen, etwa für die Luftfahrt. Das ist ein Entwicklungsziel, noch kein industrieller Einsatz.
Für die Bioökonomie ist Kohlendioxid auch als Rohstoff für mikrobielle Produktionsverfahren interessant. Die Prager Elektrode arbeitet ohne Mikroorganismen; ihr Ethanol entsteht nicht aus Biomasse. Sie untersucht damit einen ergänzenden technischen Weg, Kohlenstoff erneut zu nutzen. Als Nächstes will das Team die Beständigkeit weiter erhöhen und Versuche in größerem Maßstab sowie unter natürlichem Tageslicht beginnen. Erst weitere Tests können zeigen, ob sich daraus ein praxistaugliches Verfahren entwickeln lässt.
ag
