CO2 – vom Abfallstoff zum Wertstoff

In Kohlendioxid (CO2) steckt Kohlenstoff (C). Das ist das Element, was das Grundgerüst „organischer“ Moleküle bildet. Organische Moleküle wiederum sind die Grundbausteine vieler Gegenstände des Alltags, angefangen vom Treibstoff bis hin zu pharmazeutischen oder kosmetischen Produkten.

Der überwiegende Teil dieser Verbindungen wird heutzutage aus fossilen Rohstoffquellen produziert und so für den alltäglichen Gebrauch bereitgestellt. Die Endlichkeit dieser Rohstoffe und die fast täglich steigenden Preise sind hinlänglich bekannt, und beispielsweise an den Zapfsäulen der Tankstellen ersichtlich. Die Erschließung alternativer Rohstoffquellen ist und bleibt somit ein hoch aktuelles Forschungsthema. Jährlich werden über 30 Milliarden Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid überwiegend durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe als Abfallstoff ausgestoßen.

Bekannt als Klimakiller und eng mit der Klimaerwärmung in Zusammenhang gebracht, ist das CO2 gleichzeitig aber auch ein interessanter Rohstoff. CO2 ist ungiftig, kostengünstig und in großen Mengen verfügbar. Die Natur macht es uns vor. Sie nutzt seit Jahrmillionen Kohlendioxid als Kohlenstoff¬quelle. In der Photosynthese wird aus CO2 und Wasser mit Hilfe der Sonnenenergie Biomasse aufgebaut, der Ursprung unserer heutigen fossilen Rohstoffe Kohle, Öl und Erdgas.

CO2 ist ein äußerst stabiles Molekül und sehr reaktionsträge. Die Lösung zu einer effizienten und wirtschaftlichen Nutzung des Kohlendioxids liegt in der Entwicklung neuer Katalysatoren. Die Katalyse – ein Phänomen der Natur abgeschaut – ist die Wissenschaft von der Beschleunigung chemischer Reaktionen. Katalysatoren fügen zusammen, was sich ohne sie sehr langsam oder gar nicht verbinden würde. Im Idealfall tun sie dies ohne sich zu verbrauchen. Seit mehr als 60 Jahren wird am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock Katalyseforschung betrieben. Auch die Entwicklung neuer Katalysatoren für die stoffliche Nutzbarmachung von CO2 als Kohlenstoffbaustein wird in verschieden Projekten von Forschern des LIKAT’s bearbeitet.

Insbesondere die Nachwuchsgruppe um Dr. Thomas Werner am LIKAT beschäftigt sich mit diesem aktuellen Forschungsthema. Innerhalb der Fördermaßnahme „Technologien für Nachhaltigkeit und Klimaschutz – Chemische Prozesse und stoffliche Nutzung von CO2“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entwickelt die Arbeitsgruppe Werner in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern Bayer und Evonik, neue Katalysatorsysteme für die Nutzung von CO2 als Baustein in Polymeren und organischen Carbonaten.

Während diese Polymere beispielsweise zu Schäumen für die Matratzenherstellung weiterverarbeitet werden können, finden organische Carbonate Anwendung in Lithiumionen-Batterien. Nach den kürzlich stattgefundenen positiven Evaluierungen der Projekte durch das BMBF, mit einem Gesamtfördervolumen von rund 2 Mio. Euro, können die Forschungsarbeiten für weitere zwei Jahre fortgeführt werden.