Billige Katalysatoren: Forscher finden Alternative zum teuren Platin

Ein vergleichsweise günstiges Industriemetall könnte die chemische Industrie grundlegend verändern. Denn es ist in der Lage, in vielen Bereichen das seltene und teure Platin zu ersetzen.

Wolframkarbid kann einiges sogar besser

Wolframkarbid hat in aktuellen Studien gezeigt, dass es nicht nur mit dem Edelmetall Platin mithalten kann, sondern dieses in bestimmten Anwendungen sogar übertrifft. Das ist beispielsweise beim Recycling von Kunststoffabfällen und bei klimafreundlichen chemischen Prozessen der Fall.

Viele Alltagsprodukte wie Kunststoffe, Treibstoffe oder Reinigungsmittel entstehen mithilfe von Katalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen. Bislang kommen dafür häufig Edelmetalle wie Platin zum Einsatz. Diese sind jedoch teuer, knapp und ökologisch problematisch. Forschende suchen daher seit Jahren nach Alternativen. Wolframkarbid, ein auf der Erde reichlich vorhandenes Material, das bereits in Schneidwerkzeugen und Maschinen genutzt wird, gilt als vielversprechender Kandidat.


Ein Forschungsteam um Marc Porosoff von der University of Rochester hat nun zentrale Hürden überwunden, die den Einsatz von Wolframkarbid bislang erschwerten. Ein Hauptproblem lag in der atomaren Struktur des Materials: Wolframkarbid kann in unterschiedlichen Kristallphasen auftreten, die sich stark in ihrer katalytischen Wirkung unterscheiden. Da diese Strukturen unter extremen Reaktionsbedingungen entstehen, waren sie bislang kaum gezielt steuerbar oder messbar.

Den Forschenden gelang es erstmals, Wolframkarbid direkt im Reaktor bei Temperaturen von über 700 Grad Celsius gezielt in bestimmte Phasen zu überführen. Dabei zeigte sich, dass eine eher instabile Phase namens β-W₂C besonders leistungsfähig ist. Sie erwies sich als sehr effektiv bei Reaktionen, die Kohlendioxid in Vorprodukte für Treibstoffe und andere Chemikalien umwandeln, ein wichtiger Baustein für klimafreundlichere Industrieprozesse. Nach Einschätzung der Wissenschaftler könnte diese Variante bei weiterer Entwicklung industriell mit Platin konkurrieren, jedoch zu deutlich geringeren Kosten.

Super im Recycling

Auch beim Umgang mit Plastikmüll liefert Wolframkarbid überzeugende Ergebnisse. In einem weiteren Forschungsprojekt wurde das Material als Katalysator für das sogenannte Hydrocracking eingesetzt. Dabei werden lange Polymerketten, etwa aus Polypropylen, in kleinere, wiederverwertbare Moleküle zerlegt. Anders als Platin-Katalysatoren ist Wolframkarbid nicht auf winzige Poren angewiesen, in die große Kunststoffmoleküle kaum eindringen können. Das Material ermöglicht daher einen direkteren Kontakt mit den Polymerketten.

Die Ergebnisse sind deutlich: Wolframkarbid war nicht nur wesentlich günstiger, sondern auch mehr als zehnmal effizienter als vergleichbare Platin-Katalysatoren. Die Forschenden sehen darin großes Potenzial für neue Recyclingverfahren und eine stärkere Kreislaufwirtschaft.

Ergänzend entwickelten sie eine präzisere Methode zur Temperaturmessung direkt an der Katalysatoroberfläche. Diese zeigt, dass herkömmliche Messungen teils um bis zu 100 Grad Celsius danebenliegen. Genauere Daten könnten künftig helfen, chemische Reaktionen besser zu koppeln, Energie zu sparen und Forschungsergebnisse zuverlässiger zu machen.


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