Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Maßgeschneiderter Diamant für die kontinuierliche Photokatalyse zur Umwandlung von CO₂

19.09.2016

Fraunhofer ICT-IMM koordiniert eine nationale Forschungskooperation zur Entwicklung eines Mikroreaktorsystems für die umweltfreundliche Nutzbarmachung von CO₂ mit Hilfe von Sonnenlicht.

Kohlendioxid (CO₂), Methan und Stickoxide – allesamt Treibhausgase, die im Verdacht stehen für die globale Erwärmung mitverantwortlich zu sein. Mit fast Dreivierteln davon stellt Kohlendioxid den maßgeblichen Anteil an den Emissionen.


Obwohl der Kohlenstoffkreislauf bei der Verwendung von Biomasse zur Energieerzeugung weitgehend geschlossen ist, ist die Nutzbarmachung des entstehenden CO₂ eine hochaktuelle gesellschaftspolitische Fragestellung. Gelingt diese, insbesondere unter Verwendung alternativer Energieformen wie z. B. Windenergie, Wasserkraft oder Sonnenenergie, verbessert das die Ökobilanz nachhaltig.

Die Natur als Vorbild

Im Rahmen des Projektes CarbonCat sollen wichtige Erkenntnisse zur Beantwortung dieser Fragestellung gewonnen werden. Zum Einsatz kommen dabei Hochleistungs-LEDs in Kombination mit der gezielten Umsetzung von CO₂ auf Basis eines neuartigen, überwiegend Kohlenstoff-basierenden Photokatalysatorsystems, das in einem mikrostrukturierten Reaktorsystem zum Einsatz kommen soll.

Auf lange Sicht will das Konsortium aus dem Fraunhofer ICT-IMM, der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und dem Unternehmen Sahlmann Photochemical Solutions dem Beispiel der natürlichen Photosynthese durch ausschließliche Nutzung von Sonnenlicht technologisch möglichst nahe kommen.

“Wir haben in diesem richtungsweisenden Projekt die Möglichkeit, die natürliche Photosynthese in einem technischen System nachzuempfinden. Anstelle von Pflanzenzellen mit ihren photosynthetisch aktiven Chloroplasten, verwenden wir einen neu entwickelten Mikroreaktor, der den Diamant-Photokatalysator als photoaktives Zentrum enthält.

Der besondere Aufbau des Mikroreaktors ermöglicht eine kontinuierliche Durchmischung von CO₂ und Wasser bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht”, erklärt Thomas Rehm, Senior Scientist am Fraunhofer ICT-IMM und Koordinator des Verbundprojektes.

Innovatives Katalysatorsystem ins richtige Licht setzen

Das Projekt CarbonCat soll beweisen, dass es möglich ist, unter naturnahen Bedingungen CO₂ in wertvolle chemische C1- Bausteine wie Methanol umzuwandeln.

Für Anke Krüger, Professorin für Organische Chemie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, heißt dies “dass neben der technologischen Seite die chemische Optimierung von Diamant als Photokatalysator eine Schlüsselrolle einnimmt. Die gezielte Funktionalisierung von Diamantoberflächen mit komplexen organischen Bausteinen ist nicht trivial, vor allem hinsichtlich der Langzeitstabilität zur Nutzung in einem kontinuierlichen Prozess, wie wir es in dem Mikroreaktor beabsichtigen zu tun.”

Neben der Reaktortechnologie und den katalytisch aktiven Oberflächen sind sowohl die Auswahl und die Mischung der benötigten Wellenlängen als auch die Anordnung der LEDs von entscheidender Bedeutung. „Dem Zusammenspiel zwischen Lichtquelle und den anderen Komponenten des Systems gilt große Aufmerksamkeit. Dies ist für den photokatalytischen Prozess von ebenso großer Bedeutung wie für die Gesamteffizienz des Reaktors“, so Benjamin Sahlmann, der als freiberuflicher Chemiker unter der Bezeichnung Sahlmann Photochemical Solutions tätig ist.

„Mit den Erkenntnissen aus CarbonCat hoffen wir in Zukunft, einen Beitrag zur Verringerung der Umweltfolgen aus dem vorhandenen CO₂-Ausstoß leisten zu können“, resümiert Thomas Rehm.

Das nationale Verbundprojekt CarbonCat wird im Rahmen der Fördermaßnahme CO₂Plus des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert. Die Projektpartner erhalten für eine Projektdauer von 3 Jahren insgesamt eine Förderung von ca. 1,34 Millionen €.

Der Beitrag der Projektpartner

Das Fraunhofer ICT-IMM wird basierend auf seiner Expertise in der Entwicklung und Erprobung von mikrostrukturierten Reaktoren eine kontinuierlich betriebene Reaktoranlage verwirklichen, deren Kern der neuartige Diamant-Photokatalysator sein wird. Die physikalische Adaption des im Mikroreaktor eingesetzten Diamantmaterials sowie die eingehende Untersuchung des photokatalytischen Prozesses im kontinuierlichen Betrieb sind ebenfalls Aufgaben des ICT-IMM.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Krüger an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg beschäftigt sich seit mehr als 10 Jahren mit der Herstellung, Charakterisierung und Anwendung nanoskaliger Kohlenstoffmaterialien, insbesondere Diamant. Die von der Arbeitsgruppe entwickelten Methoden zur besonders stabilen Anknüpfung von Funktionsmolekülen an Diamantüberflächen werden in CarbonCat eingesetzt, um das Diamantmaterial für seinen Einsatz als Photokatalysator im Mikroreaktor zu optimieren.

Sahlmann Photochemical Solutions wird im Rahmen von CarbonCat die Lichtquellen für die Photokatalyse in den Reaktionssystemen entwickeln. Eine maßgeschneiderte Herstellung der benötigten Lichtquellen und deren spektrale Vermessung ist ebenso Aufgabe wie die Bewertung der Lichtquellen hinsichtlich der Gewährleistung der Arbeitssicherheit.

Dr. rer. nat. Thomas Rehm | Fraunhofer ICT-IMM
Weitere Informationen:
http://www.imm.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Weg entdeckt, um Killerzellen «umzuprogrammieren»
19.11.2019 | Universität Bern

nachricht Tiefseebakterien ernähren sich wie ihre Nachbarn
19.11.2019 | Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine Fernsteuerung für alles Kleine

Atome, Moleküle oder sogar lebende Zellen lassen sich mit Lichtstrahlen manipulieren. An der TU Wien entwickelte man eine Methode, die solche „optischen Pinzetten“ revolutionieren soll.

Sie erinnern ein bisschen an den „Traktorstrahl“ aus Star Trek: Spezielle Lichtstrahlen werden heute dafür verwendet, Moleküle oder kleine biologische Partikel...

Im Focus: Atome hüpfen nicht gerne Seil

Nanooptische Fallen sind ein vielversprechender Baustein für Quantentechnologien. Forscher aus Österreich und Deutschland haben nun ein wichtiges Hindernis für deren praktischen Einsatz aus dem Weg geräumt. Sie konnten zeigen, dass eine besondere Form von mechanischen Vibrationen gefangene Teilchen in kürzester Zeit aufheizt und aus der Falle stößt.

Mit der Kontrolle einzelner Atome können Quanteneigenschaften erforscht und für technologische Anwendungen nutzbar gemacht werden. Seit rund zehn Jahren...

Im Focus: Der direkte Weg zur Phosphorverbindung: Regensburger Chemiker entwickeln Katalysemethode

Wissenschaftler finden effizientere und umweltfreundlichere Methode, um Produkte ohne Zwischenstufen aus weißem Phosphor herzustellen.

Pflanzenschutzmittel, Dünger, Extraktions- oder Schmiermittel – Phosphorverbindungen sind aus vielen Mitteln für den Alltag und die Industrie nicht...

Im Focus: Atoms don't like jumping rope

Nanooptical traps are a promising building block for quantum technologies. Austrian and German scientists have now removed an important obstacle to their practical use. They were able to show that a special form of mechanical vibration heats trapped particles in a very short time and knocks them out of the trap.

By controlling individual atoms, quantum properties can be investigated and made usable for technological applications. For about ten years, physicists have...

Im Focus: Neu entwickeltes Glas ist biegsam

Eine internationale Forschungsgruppe mit Beteiligung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften hat ein Glasmaterial entwickelt, das sich bei Raumtemperatur bruchfrei verformen lässt. Das berichtet das Team aktuell in "Science". Das extrem harte und zugleich leichte Material verspricht ein großes Anwendungspotential – von Smartphone-Displays bis hin zum Maschinenbau.

Gläser sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Welt. Dabei handelt es sich im Alltag meist um sauerstoffhaltige Gläser, wie sie etwa für Fenster und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage 2020: „Mach es einfach!“

18.11.2019 | Veranstaltungen

Humanoide Roboter in Aktion erleben

18.11.2019 | Veranstaltungen

1. Internationale Konferenz zu Agrophotovoltaik im August 2020

15.11.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Weg entdeckt, um Killerzellen «umzuprogrammieren»

19.11.2019 | Biowissenschaften Chemie

Supereffiziente Flügel heben ab

19.11.2019 | Materialwissenschaften

Energiesysteme neu denken - Lastmanagement mit Blockheizkraftwerk

19.11.2019 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics