Kostengünstiges Blaupigment ermöglicht effiziente Umwandlung von CO2 in Methan

Ein gemeinsames Forschungsteam der Tohoku-Universität, der Hokkaido-Universität und des Startups AZUL Energy hat einen innovativen Katalysator entwickelt, der den Prozess der Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in Methan signifikant vereinfachen könnte. Die Wissenschaftler nutzen dafür das kostengünstige und leicht verfügbare blaues Pigment Kupferphthalocyanin, um die elektrochemische Reduktion von CO2 effizienter zu gestalten.

Effiziente Methanproduktion in einem Schritt

Im Rahmen der im Fachjournal Small veröffentlichten Untersuchung wurde der Katalysator auf eine Gasdiffusionselektrode aufgebracht. Dies ermöglicht es, CO2 direkt in einem einzigen elektrochemischen Schritt zu Methan (CH4) zu reduzieren. Die Technologie erreichte dabei eine maximale Stromdichte von 575 mA cm⁻² und eine Faradaic-Effizienz von 79,5 Prozent. Durch theoretische Berechnungen der Reaktionspfade konnte das Team nachweisen, dass der Katalysator die Energiebarriere für die Methanbildung senkt und somit die Entstehung von unerwünschten Nebenprodukten minimiert.

Stabilität im Dauerbetrieb nachgewiesen

Neben der Effizienz zeigt der neue Katalysator eine bemerkenswerte Langlebigkeit. In Versuchen konnte das System bei einer Stromdichte von 150 mA cm⁻² über einen Zeitraum von etwa 80 Stunden eine Methanselektivität von mehr als 60 Prozent aufrechterhalten. Diese Stabilität stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kupfer-Nanopartikel-Katalysatoren dar, die häufig instabiler sind und ein schwerer zu trennendes Gemisch verschiedener Kohlenstoffverbindungen erzeugen.

Nächste Schritte und Praxistauglichkeit

Der Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energiequellen für diesen Prozess gilt als vielversprechender Weg, um Kohlenstoff im Kreislauf zu führen und die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu verringern. Da Methan als gasförmiger Brennstoff direkt in die bestehende Infrastruktur integriert werden kann, ist es ein attraktives Zielprodukt für die Forschung. Als nächsten Schritt planen die Wissenschaftler, den Katalysator in einem Elektrolyseur zu testen, der mit CO2 aus tatsächlichen Industrieemissionen gespeist wird. Zudem soll die Anwendung mit CO2 aus der Atmosphäre mittels Direct Air Capture (DAC) untersucht werden, um die Grundlagen für eine großskalige industrielle Nutzung zu schaffen.