Grüne Chemie: Katalysator ersetzt seit 60 Jahren genutztes Verfahren

Wissenschaftler entwickeln einen umweltfreundlichen Weg zur Her­stel­lung eines wichtigen Industrierohstoffs. Ein neuartiger Kupferkatalysator wandelt CO₂ in Acetaldehyd um - ein Durchbruch und möglicher Ersatz für ein seit 60 Jahren genutztes Verfahren.

Kupferkatalysator: Gamechanger für Chemieindustrie

Ein internationales Forscherteam hat eine innovative Methode zur Herstellung von Acetaldehyd entwickelt. Dieser chemische Stoff ist ein wichtiger Baustein für viele Produkte, von Parfüms bis zu Kunststoffen. Bislang wird Acetaldehyd hauptsächlich durch das sogenannte Wacker-Verfahren produziert, das Erdöl als Rohstoff nutzt und umweltschädliche Nebenprodukte erzeugt. Die neue Methode verwendet stattdessen CO₂ als Ausgangsmaterial und könnte so gleich zwei Umweltprobleme lösen: die Reduzierung von Treibhausgasen und die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.

Herzstück der neuen Technologie ist ein spezieller Katalysator aus winzigen Kupferteilchen. Diese Teilchen, nur etwa 1,6 Nanometer groß, werden durch ein Verfahren namens Funkenablation hergestellt. Dabei werden Kupferelektroden durch elektrische Funken verdampft und die entstehenden Partikel auf einem Kohlenstoffträger fixiert. Der so entstandene Katalysator kann CO₂ mit einer Effizienz von 92% in Acetaldehyd umwandeln - ein bisher unerreichter Wert.


In Labortests zeigte der Katalysator beeindruckende Eigenschaften. Er arbeitet bei relativ niedriger elektrischer Spannung, was Energie spart, und bleibt über viele Reaktionszyklen stabil. Besonders überraschend war für die Forscher, dass die Kupferpartikel ihre metallische Struktur beibehielten, obwohl Kupfer normalerweise schnell oxidiert. Wie Co-Autor Wen Luo in der Fachzeitschrift Nature Synthesis erklärt: "In unserem Fall bildete sich eine Oxidhülle um den Cluster, die den Kern vor weiterer Oxidation schützte. Dies erklärt die Recycelbarkeit des Materials."

Effektiv in der Simulation

Computersimulationen halfen den Wissenschaftlern zu verstehen, warum der Katalysator so effektiv ist. Die spezielle Anordnung der Kupferatome begünstigt die Umwandlung von CO₂ in Acetaldehyd, statt andere Produkte wie Ethanol oder Methan zu bilden. Cedric David Koolen, einer der Hauptautoren der Studie, unterstreicht die Bedeutung dieser Innovation: "Der Wacker-Prozess hat sich in den vergangenen 60 Jahren praktisch nicht verändert. Er basiert immer noch auf der gleichen grundlegenden Chemie. Es war an der Zeit für einen grünen Durchbruch.


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