Neue Forschung zeigt verbesserte Alkoholproduktion aus CO2 mit erneuerbarer grüner Energie
Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Nature Communications markiert einen bedeutenden Sprung hin zu einer umweltfreundlichen Energielösung, indem sie Fortschritte in der Produktion von grünen Kraftstoffen aufzeigt. Diese Forschung, durchgeführt von der Abteilung Interface Science am Fritz-Haber-Institut, offenbart, wie neue Betriebsmodi in der Elektrokatalyse dazu dienen können, die Produktion von Alkoholkraftstoffen unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2) und Strom aus erneuerbaren Quellen zu steigern.
Die Studie „Operando Raman Spectroscopy Uncovers the Role of Hydroxide and CO Species for an Enhanced Ethanol Selectivity during Pulsed CO2Electroreduction“, erforscht, warum die Änderung der Reaktionsbedingungen zu einer effizienteren Umwandlung von CO2in Ethanol, eine wertvolle Chemikalie und Kraftstoff, führen kann. Dieser Prozess, bekannt als CO2-elektrokatalytische Reduktion, wird als eine entscheidende Technologie für die Erzeugung nachhaltiger Chemikalien und Kraftstoffe unter Nutzung erneuerbarer Elektrizität angesehen.
Eine der Hauptherausforderungen war die Verbesserung der Selektivität des Prozesses – die Auswahl, welche spezifischen Produkte erzeugt werden. Die Forschung zeigt, dass es möglich ist, das Ergebnis in Richtung einer erhöhten Ethanolproduktion zu lenken, indem die Bedingungen der Reaktion angepasst werden. Dieser Durchbruch ist teilweise auf Veränderungen in der Bedeckung der Adsorbatmoleküle über den Kupferkatalysatoren während der Reaktion zurückzuführen, die durch die spezifisch ausgewählten Betriebsbedingungen beeinflusst wird.
Das Team verwendete fortschrittliche zeitaufgelöste spektroskopische Techniken, um die Reaktion zu studieren, während sie stattfand (operando), und lieferte Einblicke, wie die Oberflächenchemie des Katalysators eine entscheidende Rolle für seine Wirksamkeit spielt. Dieses detaillierte Verständnis ist entscheidend für die Anwendung dieser Erkenntnisse auf reale industrielle Anwendungen.
Dr. Antonia Herzog, die Hauptautorin der Studie, und ihre Kolleg*innenen konnten die Reaktion in beispielloser Detailgenauigkeit beobachten und entdeckten, dass die Anwesenheit bestimmter Moleküle auf der Oberfläche des Katalysators die Ethanolproduktion erheblich steigert. Darüber hinaus enthüllte sie, dass nicht nur die Bedeckung von Kohlenmonoxid, wie bisher angenommen, den Reaktionsweg und damit die Produktselektivität beeinflusst, sondern die relative Bedeckung von adsorbierten CO- und OH-Spezies. Diese Erkenntnis könnte revolutionieren, wie wir die CO2 -Reduktion und Kraftstoffproduktion angehen, indem sie effizienter und nachhaltiger gemacht wird.
Die Forschung unterstreicht die Bedeutung eines mechanistischen Verständnisses dieser Reaktionen, das durch fortschrittliche operando-spektroskopische Materialcharakterisierung gewonnen werden kann, um sie zu verbessern und in größerem Maßstab anzuwenden. Sie deutet auch darauf hin, dass bestimmte bisher übersehene Faktoren, wie die lokale Alkalität um den Katalysator, wichtiger sind als bisher angenommen.
Diese Studie erweitert nicht nur unser Wissen darüber, wie CO2 in nützliche Produkte umgewandelt werden kann, sondern trägt auch zu einem breiteren Verständnis der nachhaltigen chemischen Produktion und des Einflusses einer sich ändernden chemischen Umgebung um die katalytisch aktiven Stellen bei, die wir hier durch das Anwenden von Potenzialpulsen einstellen können. Während wir auf eine kohlenstoffneutrale Zukunft hinarbeiten, sind diese Einblicke entscheidend für die Entwicklung neuer Technologien, die CO2 besser nutzen, um Industrien und die Gesellschaft in Richtung Nachhaltigkeit zu transformieren.
