Dipl.-Chem. Amadeus Rose (l.) und Dipl.-Ing. Johannes Thiessen, wissenschaftliche Mitarbeiter und Doktoranden von der Universität Bayreuth, vor der dortigen Anlage zur Fischer-Tropsch-Synthese (Bild: Universität Bayreuth)
In der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ stellt die Forschungsgruppe unter Beteiligung von Prof. Dr.-Ing. Andreas Jess vom Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth ihre Ergebnisse vor („De Novo Design of Nanostructured Iron-Cobalt-Fischer-Tropsch Catalysts“). Die neuen Katalysatoren können möglicherweise auch zur Lösung des Problems beitragen, wie sich große Mengen von Solar- und Windstrom speichern lassen.
Die an der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) bevorzugt beteiligten Katalysatoren bestehen zu einem erheblichen Anteil aus Kobalt – ein vergleichsweise teures Metall. Der Forschungsgruppe hat nun neuartige FTS-Katalysatoren aus einem magnetischen Kern und einer Schale aus Kobalt entwickelt. Diese Schale muss höchstens 1 nm – also ein Millionstel mm – dick sein, damit die Partikel in der gewünschten Weise als FTS-Katalysator fungieren. Folglich enthalten die Partikel erheblich weniger Kobalt als die in der Industrie bisher üblichen Katalysatoren. Für den metallischen Kern kommen unterschiedliche Metalle infrage, beispielsweise Eisen, Kupfer oder Magnesium.
Das von den europäischen Partnern entwickelte Verfahren zur Herstellung dieser FTS-Katalysatoren gewährleistet, dass der zweistufige Aufbau aus magnetischem Kern und kobalthaltiger Schale während der Katalyse erhalten bleibt, so dass die Partikel mehrfach verwendet werden können. Hinzu kommt, dass sich die Größe der Partikel nanometergenau festlegen lässt. Auch dies ist ein wesentlicher Vorteil: Denn die Partikelgröße beeinflusst nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch das Ergebnis der Katalyse. Genauer gesagt: Von der Größe der Partikel hängt es ab, wie sich das Gemisch unterschiedlicher Substanzen, das bei der FTS herauskommt, zusammensetzt. So wurde in den Bayreuther Laboratorien beispielsweise mit hoher Präzision ermittelt, wie dick Schale und Kern sein müssen, damit in diesem Gemisch ein 20-prozentiger Anteil von Alkenen enthalten ist.
„Unser neues Verfahren macht es möglich, in Bezug auf die jeweils angestrebten Katalyse-Ergebnisse maßgeschneiderte FTS-Katalysatoren herzustellen“, erklärt Jess. „Gerade deshalb ist es eine durchaus vielversprechende Innovation für Industrieunternehmen, die sich auf die Produktion synthetischer Kraftstoffe spezialisiert haben.“
Die Bayreuther Wissenschaftler haben noch einen weiterreichenden Nutzen der neuen Katalysatoren im Blick. Sie untersuchen mit einem Forschungspartner einen kostengünstigen Weg, synthetisch hergestellte flüssige Kohlenwasserstoffe als Speicher für überschüssigen Solar- und Windstrom zu nutzen. Ausgangspunkt des Projekts ist die Idee, mit diesem Strom durch Elektrolyse aus Wasser Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen. Der Wasserstoff soll dann mit Kohlendioxid, das beispielsweise bei Kohlekraftwerken anfällt, zu Synthesegas umgesetzt werden. Dieses Gas bildet wiederum die Grundlage für die Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe – mittels der neuartigen FTS-Katalysatoren.
(dw)
