|
Wien (tu) - Eine ganze Kaskade an chemischen Reaktionen läuft ab, wenn aus Methanol mit Hilfe von Metall-Katalysatoren
Wasserstoff gewonnen wird. An der TU Wien werden diese Prozesse untersucht, Karin Föttinger und Christoph
Rameshan erhielten dafür zwei Forschungspreise.
Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser reagiert, wird Energie frei. Diese Reaktion nutzt man in Brennstoffzellen.
Ein wesentliches Problem dabei ist allerdings die Aufbewahrung des benötigten Wasserstoffs, daher versucht
man, Wasserstoff in Form von Methanol zu speichern, und das Methanol dann wieder in Wasserstoff und Kohlendioxid
zu zerlegen. Das gelingt mit speziellen Metall-Katalysatoren, die an der TU Wien untersucht werden.
Unklar war lange Zeit, welche Atome und Moleküle auf der Katalysator-Oberfläche überhaupt eine wichtige
Rolle spielen. Verschiedene Messungen zeigen nun: Entscheidend ist das Zusammenspiel aus Metallen und Metalloxiden.
Karin Föttinger und Christoph Rameshan, beide am Institut für Materialchemie der TU Wien tätig,
erhielten für Arbeiten dazu jeweils einen Forschungspreis.
Nano-Partikel auf Oxid-Oberflächen
Methanol ist das kleinste Alkoholmolekül und wird in großen Mengen industriell hergestellt. In Zukunft
könnte Methanol eine wichtige Rolle als Energieträger spielen. Denn wenn es gelingt, ihn effizient und
umweltfreundlich in Wasserstoff und CO2 umzuwandeln, kann aus dem Wasserstoff in einer Brennstoffzelle saubere
Energie gewonnen werden. Die sogenannte Dampfreformierung, bei der aus Methanol mit Wasserdampf Kohlendioxid und
Wasserstoff entsteht, läuft allerdings nur mit Hilfe bestimmter Katalysatoren ab, wie etwa mit Metall-Nanopartikeln
auf Oxid-Oberflächen.
Das Ziel ist, aus Methanol und Wasserdampf ein möglichst reines Gemisch von CO2 und molekularem Wasserstoff
herzustellen. Kohlenmonoxid soll darin nicht enthalten sein, weil das den Brennstoffzellen schaden würde.
Die Kohlenmonoxid-Konzentration im Produktgas hängt ganz entscheidend von der Art des verwendeten Katalysators
ab.
An der TU Wien werden diese katalytischen Vorgänge im Rahmen des Spezialforschungsbereichs FOXSI untersucht,
der von Prof. Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie geleitet wird. Die Prozesse, die an
der Katalysatoroberfläche ablaufen, sind sehr kompliziert: „Unterschiedliche Atom- und Molekülsorten
sind beteiligt“, erklärt Karin Föttinger. „Oft ist schwer zu sagen, welche für die Reaktion wichtig
sind, und welche eine untergeordnete Rolle spielen.“
In der Industrie versucht man, solche Prozesse durch Versuch und Irrtum anzupassen, die Zusammensetzung der Katalysatoren
oder Parameter wie Druck und Temperatur zu verändern, doch an der TU Wien geht man einen Schritt weiter: Karin
Föttinger untersucht mit modernen spektroskopischen Methoden, wie die Reaktionen am Katalysator im Detail
ablaufen. Christoph Rameshan trennt die einzelnen Komponenten des Katalysators und analysiert sie in Modellsystemen
einzeln. So wird es einfacher, genau zu verstehen, was bei den komplizierten chemischen Prozessen an der Katalysator-Oberfläche
alles passiert.
Oft werden als Katalysatoren winzige Nanopartikel aus Metall verwendet, etwa aus Palladium. Diese Partikel werden
auf Metalloxid-Oberflächen, zum Beispiel Zinkoxid gesetzt. Heiß diskutiert wurde in den letzten Jahren
die Frage, ob das Reinmetall oder das Oxid für die Katalyse zuständig ist. „Unsere Messungen zeigen:
Man braucht beides“, erklärt Karin Föttinger. „Das Oxid ist wichtig für die Wasseraktivierung, für
die Aufspaltung der Wassermoleküle. Das Metall hingegen ist wichtig für die Aufspaltung des Methanols“,
so Rameshan. Diese Erkenntnisse können nun dazu genutzt werden, die Katalysatoren zu verbessern, indem man
beispielsweise durch Nanostrukturierung die Metall-Oxid-Grenzfläche optimiert.
Auszeichnung für TU-Forschung
Die Arbeiten am Institut für Materialchemie wurden nun durch zwei Forschungspreise gewürdigt: Karin Föttinger
erhielt den angesehenen Theodor-Körner-Förderungspreis, um zusätzliche experimentelle Geräte
für weitere Forschungen finanzieren zu können. Christoph Rameshan wurde der Gerhard Ertl Young Investigator
Award 2014 zugesprochen, der jährlich vom Journal Surface Science für herausragende Forschungsleistungen
vergeben wird.
|
