Robert Klatt
Das Wundermaterial Graphen wird bisher fast ausschließlich aus Graphit erzeugt. Ein neuer Umwandlungsprozess ermöglicht nun die Herstellung von Graphen aus dem in der Luft enthaltenen CO2.
Karlsruhe (Deutschland). Die Wissenschaft versucht weltweit Methoden zu finden, um aus dem klimaschädlichen Treibhausgas CO2 neue Rohstoffe zu erzeugen. In den letzten Monaten kam es so zu Innovationen wie dem finnischen Startup Solar Foods, das aus CO2 mithilfe von Solarenergie ein Lebensmittel erzeugt. Forscher der ETH Zürich haben hingegen als Teil des SUN-to-LIQUID Projects eine Demonstrationsanlage in Betrieb genommen, die aus dem in der Luft enthaltenen CO2 ebenfalls unter Zuhilfenahme der Sonnenenergie Kerosin erzeugt. Andere Ansätze hingegen nutzen biotechnisch optimierte Bakterien, die CO2 in Plastik und Benzin umwandeln können.
Nun haben Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine weitere Umwandlungsmethode im Fachmagazin ChemSusChem vorgestellt, die zur Produktion des Wundermaterials Graphen, das zum Beispiel als Basis für Quantencomputer dienen könnte und in Kleidung vor Insektenstichen schützt, Kohlendioxid als Ausgangsmaterial nutzt. Aktuell wird das Material Graphen, das besonders elektrische Eigenschaften besitzt und härter als Stahl ist, hauptsächlich aus Graphit gewonnen. Grundsätzlich ist die Herstellung aber auch durch die Abscheidung von Kohlenstoff anderer Materialen möglich.
Der Umwandlungsprozess orientiert sich an der in Pflanzen ablaufenden Photosynthese, die aus Licht, Wasser und Kohlendioxid Biomasse erzeugt und so einen natürlichen Stoffkreislauf bildet. Dies erfolgt durch das metallbasierte Enzyms RuBisCo, das es den Pflanzen ermöglicht CO2 aus der Luft aufzunehmen und für den anschließenden Umwandlungsprozess nutzbar macht.
Beim Umwandlungsprozess von CO2 in die zweidimensionale Form von Kohlenstoff verwenden die Wissenschaftler eine katalytisch aktive Metalloberfläche, die bei Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius aus CO2 und Wasserstoff Graphen erzeugt. Die Abscheidung von Graphen aus Kohlendioxid und Wasserstoff nutzt zur Beschleunigung der Reaktion einen Katalysator aus Kupfer und Palladium.
Mario Ruben, Autor der Studie erklärt, dass „wenn die Metalloberfläche das richtige Verhältnis von Kupfer und Palladium aufweist, die Umwandlung von Kohlendioxid zu Graphen direkt in einem einfachen einstufigen Prozess stattfindet.“
Anschließend gelang es den Forschern sogar Graphen mit mehreren Atomen Dicke herzustellen, das zum Beispiel in Batterien, Filtermaterialien und elektronischen Bauteilen eingesetzt werden kann. Weitere Forschungsschritte sollen nun belegen, dass aus dem erzeugten Graphen funktionierende elektronische Bauteile erzeugt werden können.
ChemSusChem, doi: 10.1002/cssc.201901404
