«Wir haben gezeigt, dass unsere Idee funktioniert. Sie ist der Schlüssel, denn davor war das alles nur Science Fiction», so die Forscher.
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich stellen ein Verfahren vor, mit dem sie in einem Schritt aus Wasser und Kohlendioxid Methan herstellen können. Befeuern wollen sie die Reaktion mit gebündelter Sonnenhitze.
Das von Forschenden um Ivo Alxneit vom PSI mit Kollegen von der ETH entwickelte Prinzip ähnelt dem von Solarkraftwerken: Dort fokussieren Tausende von Spiegeln die Sonnenstrahlen auf einen Wärmeabsorber, in dem direkt oder über einen Wärmetauscher bei über 500 Grad Celsius Dampf erzeugt wird. Der Dampf treibt Turbinen an und erzeugt so Strom.
Sonnenstrahlen bündeln
Beim neu entwickelten Verfahren könnten Sonnenstrahlen ebenso gebündelt werden, um eine chemische Reaktion anzutreiben, wie das PSI am Donnerstag mitteilte: Dabei werden Wasser und Kohlendioxid in Treibstoff umgewandelt.
Die Methode, die die Forscher im Fachjournal «Energy & Environmental Science»vorstellen, beruht auf einer bestimmten Eigenschaft des Materials Ceroxid - einer Verbindung des Metalls Cer mit Sauerstoff. Bei Temperaturen von rund 1500 Grad verliert Ceroxid einige Sauerstoffatome. Nach dem Abkühlen ist es dann «hungrig» auf Sauerstoffatome.
Aus zwei Schritten mach einen
Wenn die Forscher Wasser und Kohlendioxid über die so aktivierte Ceroxid-Oberfläche leiten, entzieht es diesen Sauerstoff, regeneriert sich dadurch, und lässt Wasserstoff und Kohlenmonoxid übrig. Der Prozess wird auch als thermo-chemischer Zyklus bezeichnet.
Bisher brauchte es einen aufwendigen zweiten Schritt, um aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid mittels der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese anschliessend gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe herzustellen - also Treibstoffe wie Methan, Benzin und Diesel. Beim neuen Verfahren konnten die PSI- und ETH-Forscher diesen zweiten Schritt in den ersten integrieren.
Dazu mischten sie dem Ceroxid kleine Mengen Rhodium bei, das als Katalysator die Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenmonoxid zu Methan antreibt. «Es war eine grosse Herausforderung, die extremen Reaktionsbedingungen zu beherrschen und ein Katalysator-Material zu entwickeln, das den Aktivierungsprozess bei 1500 Grad Celsius übersteht», sagte Studienautor Fangjian Lin vom PSI laut der Mitteilung.
Noch geringe Ausbeute
Das Methan wird nach gelungener Reaktion abgepumpt und der Zyklus durch Erhitzen des Ceroxid wieder neu gestartet. «Noch liefert unser kombinierter Prozess nur kleine Mengen an direkt verwertbaren Treibstoffen», liess sich Alxneit zitieren. «Aber wir haben gezeigt, dass unsere Idee funktioniert. Sie ist hier der Schlüssel, denn davor war das alles nur Science Fiction.»
Getestet haben die Forschenden ihr System zwar erst im Hochleistungsofen, aber die gleichen Temperaturen liessen sich mittels gebündelter Sonnenstrahlen erzeugen, wie im Solarkraftwerk, schrieb das PSI. Nachdem das Verfahren den Machbarkeits-Test bestanden hat, wollen die Wissenschaftler es nun weiter optimieren, um die Ausbeute zu erhöhen.
