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Vom schädlichen Abgas zur Ressource - CO2 als wertvoller Rohstoff (Katalysatorherstellung und -charakterisierung)
Kurzbeschreibung des Forschungsprojekts
Der globalen Erderwärmung entgegenzuwirken und die ambitionierten Klimaziele der Europäischen Union einzuhalten (Reduktion der Treibhausgasemissionen von 80–95 % bis 2050) hat Dringlichkeit. Dauerhafte CO2-Reduktion impliziert, ausgestoßenes CO2 aktiv in einen geschlossenen CO2-Kreislauf zurückzuführen. Das geschieht beispielsweise, indem CO2 dazu verwendet wird, erneuerbare Treibstoffe oder Alkohole herzustellen. Idealerweise würde dies dazu führen, dass kein „neues CO2“ in die Atmosphäre gelangt. Dafür notwendige Ressourcen sind neben CO2, Wasser und Elektrizität aus erneuerbaren Quellen (Wind-, Wasserkraft oder Solarenergie). Am besten wird das CO2 direkt an Industrieanlagen eingefangen und umgewandelt. So eröffnen sich spannende Möglichkeiten, energie- und kosteneffiziente Prozesse zur CO2-Umwandlung zu etablieren. Diese Technologie kann die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verringern – was in Zeiten von Ressourcenverknappung besondere Relevanz hat.
Das Ziel des Projekts “Vom schädlichen Abgas zur Ressource – CO2 als wertvoller Rohstoff”, kurz “CO2 Umwandlung”, ist es, gemeinsam mit HTL Schüler/innen (zwischen 17 und 19 Jahren) und weiteren Citizen Scientists an der Etablierung eines geschlossenen CO2-Kreislaufs zu arbeiten. CO2-Umwandlung in Grundchemikalien oder sogenannte E-Fuels (Treibstoffe, die aus CO2, grünem Wasserstoff und erneuerbarer Energie hergestellt werden) stellt eine Möglichkeit dafür dar.
Da CO2 ein sehr stabiles Molekül ist, laufen Reaktionen zur CO2-Umwandlung nur katalytisch, d. h. unter Einsatz eines Katalysators, ab. In diesem Projekt werden Katalysatoren auf Perowskit-Basis, die auf verschieden Arten hergestellt werden können, verwendet. Zusätzlich ist es wichtig, den Zusammenhang zwischen Eigenschaften des Katalysators (wie Oberflächenbeschaffenheit, Zusammensetzung…) und seiner katalytischen Aktivität zu verstehen.
Themenanregungen für VWA und Diplomarbeit
- Herstellungsmethoden für Perowskit-Katalysatoren
- Charakterisierungsmethoden für Katalysatoren (bspw. Elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktion, Röntgenphotoelektronenspektroskopie)
Einstiegsliteratur
- Ruh et al. (2023), Perovskite-Type Oxides as Exsolution Catalysts in CO2 Utilization
- Assirey (2019), Perovskite synthesis, properties and their related biochemical and industrial application
- Carrier et al. (2018), Synthesis of metal oxide catalysts (Kapitel 2 in: Metal Oxides in Heterogeneous Catalysis)