CD-Labor for Erneuerbare Syngas Chemie

Syngas ist ein wichtiger Rohstoff für die petrochemische Industrie und eine potentielle Vorstufe für flüssige Treibstoffe wie Benzin. Ziel ist es, dieses Gas mit Hilfe von Sonnenergie aus Wasser und CO2 aus der Umgebungsluft zu gewinnen.

Bisher wird Synthesegas aus fossilen Brennstoffen gewonnen, der Prozess ist also nicht erneuerbar. Dieses Labor verfolgt einen neuen Ansatz: Das Gas in einem erneuerbaren und CO2-neutralen Prozess aus Wasser und CO2 zu gewinnen, und dafür die Energie des Sonnenlichtes zu nutzen. Vorbild des Prozesses ist die Photosynthese der Pflanzen. Dies wäre ein wesentlicher Beitrag zur Realisierung einer Kohlenstoff-basierten erneuerbaren Energiewirtschaft.

Eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen liegt darin, effiziente Katalysatoren für die Syngas-Produktion herzustellen. Inspiration dafür liefert die Natur mit hocheffizienten Enzymen für die Erzeugung von Wasserstoff und Umwandlung von CO2 zu Kohlenmonoxid. Die industrielle Nutzung dieser Enzyme ist wegen der hohen Kosten für ihre Isolierung und Ihrer Empfindlichkeit, besonders gegenüber Luftsauerstoff, aber eingeschränkt. Daher wird hier die Herstellung kostengünstiger synthetischer Katalysatoren auf Basis von Eisen, Nickel oder Kobalt angestrebt. Diese Katalysatoren sollen weiters in nanostrukturierte Oberflächen eingebunden und schließlich an eine photovoltaische Komponente gekoppelt werden. Dazu müssen geeignete Nanomaterialien und photokatalytische Bauteile entwickelt werden. Ziel ist es, die chemischen Grundlagen für die erneuerbare Syngasproduktion aus kostengünstigen Rohmaterialien zu erarbeiten. Am Ende der Arbeiten soll ein kleiner Reaktor stehen, der Syngas aus CO2, Wasser und Sonnenlicht erzeugt.

Die potentielle wirtschaftliche Bedeutung einer erneuerbaren Syngas-Produktion ist enorm: Zum einen ist Syngas selbst ein wertvoller Rohstoff und könnte dazu beitragen, die Abhängigkeit der modernen Agrar- Pharma- und Plastikindustrie von fossilen Produkten zu reduzieren. Zum anderen kann Syngas mittels Fischer-Tropsch-Chemie in herkömmliche flüssige Brennstoffe wie Benzin oder Kerosin umgewandelt werden, ein Prozess der bereits wirtschaftlich angewandt wird. Durch die Verbrennung der Treibstoffe gelangt das CO2 wieder in die Umgebungsluft, der CO2-Kreislauf wird geschlossen.

Damit wäre eine Möglichkeit gefunden, aus der Energie des Sonnenlichtes nicht nur elektrischen Strom sondern auch flüssige Brennstoffe zu gewinnen. Dies ist von umso größerer Bedeutung, als derzeit zwei Drittel der globalen Energienachfrage über Brennstoffe erfüllt werden und lediglich ein Drittel über Strom. Durch erneuerbare und CO2-neutrale flüssige Brennstoffe würde ein schrittweiser Umbau der Energiewirtschaft möglich: Die bisherige Energieinfrastruktur kann weiter genutzt werden, Transport und Verbrauch der Energieträger können durch die bestehenden Verteilungsnetze und Verbrennungsanlagen erfolgen.