Treibstoff Methanol: Innsbrucker Chemiker liefern wichtige Grundlagen
„Derzeit wird in der Fachwelt diskutiert, welcher Energieträger am besten geeignet ist, um fossile Brennstoffe abzulösen. Meiner Ansicht nach hat Methanol quasi als "flüssiger Wasserstoff" hier große Chancen, da zum einem bereits weltweit Infrastruktur zur Methanol-Produktion vorhanden ist und zum anderen Methanol ein leicht zu speichernder und auch erneuerbarer Energieträger ist. Daher werden sowohl die Wasserstofferzeugung aus Methanol als auch das "Recycling" von CO2 in der Methanolproduktion derzeit von zahlreichen Förderprogrammen unterstützt“, erklärt Dr. Bernhard Klötzer vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. Gemeinsam mit seinem Team beschäftigt er sich in einem vom Österreichischen Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (FWF) geförderten Projekt mit der Optimierung des Reformierprozesses von Methanol.
Selektiver Prozess
Da aus Methanol in einem Reformierprozess Wasserstoff gewonnen werden kann, werden Methanol-Reformer zum Beispiel als Komponente eines Wasserstoffantriebes für Autos in Betracht gezogen, um nicht Wasserstoff in Druckgastanks mitführen zu müssen. Mit dem aus Methanol gewonnenen Wasserstoff können moderne Brennstoffzellen betrieben werden. Beim herkömmlichen Reformierprozess von Methanol entsteht neben Wasserstoff und Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid. Da dieses Nebenprodukt negative Auswirkungen auf die Brennstoffzelle hat, muss der Reformierprozess so gesteuert werden, dass seine Bildung vermieden wird. „Da Kohlenmonoxid die Effizienz der Brennstoffzellen wesentlich schwächt, liegt die Herausforderung darin, die Katalysatoren so auszulegen, dass beim Reformierprozess nur Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht“, erläutert der Chemiker. Im Rahmen seiner Forschungsarbeit hat das Innsbrucker Forscherteam gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck- Gesellschaft und der Technischen Universität Wien versucht, die Katalysatoren genau zu verstehen, um in der Folge eine Steuerung der Selektivität zu ermöglichen. Dabei steht besonders das „Aktive Zentrum“ eines Katalysators im Mittelpunkt des Interesses der Wissenschaftler. „Aktive Zentren sind Struktureinheiten eines Katalysators auf atomarem Niveau, die für das gewünschte Ergebnis verantwortlich sind – in unserem Fall also Erzeugung von reinem Wasserstoff und Kohlendioxid ohne das Nebenprodukt Kohlenmonoxid, oder auch in exakter Umkehrung die Methanolsynthese aus CO2“, erklärt Klötzer.
Idealmodell
Um ihre Untersuchungen an wohldefinierten aktiven Zentren durchführen zu können, entwarfen die Chemiker einen Modell-Katalysator. Dabei wählten sie einen Palladium-Zink Katalysator, da Palladium-Zink Legierungen als erfolgversprechende Kandidaten für die technische selektive Reformierung gelten. „Dank unserer langjährigen Kooperation mit dem Fritz Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft konnten wir den Modell-Katalysator mit synchrotronbasierter in situ Röntgen-Photoelektronenspektroskopie untersuchen. Messungen dieser Art sind weltweit nur an zwei Forschungseinrichtungen möglich“, betont Klötzer. Aufgrund dieser optimalen Voraussetzungen waren die Forscher in der Lage, das Aktive Zentrum eines Palladium-Zink-Katalysators genau zu beschreiben und somit wichtiges Grundlagenwissen für die künftige Entwicklung zu liefern. „Optimal wäre ein Katalysator, der in möglichst hoher Zahl nur aus aktiven Zentren, wie wir sie beschrieben haben, besteht. Dieser Entwicklungsschritt ist die Herausforderung für die Zukunft“, so Klötzer.