Forscher bringen Kupfer-Blumen zum Blühen – und erzeugen damit nachhaltigen Treibstoff

Saubere Energiequellen sind der Schlüssel zu einer klimafreundlichen Zukunft. Doch herkömmlicher Kraftstoff stammt fast ausschließlich aus fossilen Quellen – mit schädlichen Folgen für Umwelt und Klima. Nun haben Wissenschaftler eine vielversprechende Alternative entwickelt: Sie kombinieren künstliche Blätter mit winzigen Kupfer-„Nano-Blumen“, um auf nachhaltige Weise Kraftstoffe und wichtige Chemikalien herzustellen. Forscher der University of Cambridge und der University of California, Berkeley, setzen dabei allein auf Sonnenlicht, Kohlendioxid (CO2) und Wasser – ohne schädliche Abgase.

Künstliche Blätter als Energielieferanten

Das Herzstück der neuen Technologie ist ein künstliches Blatt. Inspiriert von der Natur, ahmt es die Photosynthese nach – also den Prozess, mit dem Pflanzen Sonnenlicht in Energie umwandeln. Für die Studie beschichteten die Wissenschaftler das Blatt mit einer speziellen Solarzellenschicht aus Perowskit, einem hocheffizienten Material zur Lichtaufnahme. Doch der eigentliche Durchbruch gelingt durch den Einsatz eines besonderen Katalysators: Winzige Kupfer-„Nano-Blumen“ ermöglichen die Umwandlung von CO2 in komplexe Kohlenwasserstoffe – also Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, die als Basis für Treibstoffe, Kunststoffe und chemische Produkte dienen.

Kupfer-Blumen steigern die Effizienz

Bisher konnten Metalle wie Kupfer oder Nickel CO2 nur in einfache Moleküle wie Kohlenmonoxid umwandeln. Der neue Katalysator der University of Cambridge ermöglicht hingegen die Produktion von komplexeren Kohlenwasserstoffen wie Ethan oder Ethylen. Diese Stoffe sind essenziell für die Herstellung von Kunststoffen oder flüssigen Brennstoffen. Laut den Forschern bietet diese Methode eine nachhaltige Alternative zur herkömmlichen Nutzung fossiler Rohstoffe.

Glycerin als Geheimwaffe

Um die Effizienz weiter zu steigern, setzten die Wissenschaftler auf eine besondere Strategie: Statt Wasser zu spalten, verwendeten sie Glycerin als Reaktionspartner. Glycerin ist ein Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung und gilt häufig als Abfallstoff. In der neuen Technologie spielt es jedoch eine entscheidende Rolle, da es den Energieaufwand für die chemische Reaktion erheblich senkt. Das künstliche Blatt arbeitet dadurch 200-mal effizienter als frühere Systeme zur Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe.

Neben der Kraftstoffproduktion entstehen bei der chemischen Reaktion auch wertvolle Nebenprodukte wie Glycerat, Laktat und Formiat. Diese Stoffe finden Anwendung in der Pharma-, Kosmetik- und Chemieindustrie.

Hoffnung auf eine nachhaltigere Zukunft

Noch liegt die Effizienz der CO2-Umwandlung bei rund 10 Prozent. Doch die Forscher sind optimistisch, dass sich dieser Wert mit gezielten Anpassungen weiter steigern lässt. Das Team der University of Cambridge und Berkeley will die Technologie künftig für noch komplexere chemische Prozesse nutzen – mit dem Ziel, nachhaltige Alternativen für viele bisher fossile Produkte zu entwickeln.

Durch die Kombination unserer Expertisen haben wir ein System entwickelt, das die Kraftstoff- und Chemikalienproduktion grundlegend verändern könnte.

Dr. Virgil Andrei von der University of Cambridge

Kurz zusammengefasst:

• Wissenschaftler der University of Cambridge und der University of California, Berkeley, haben ein künstliches Blatt entwickelt, das mit winzigen Kupfer-„Nano-Blumen“ CO2 mithilfe von Sonnenlicht in nachhaltige Kraftstoffe und Chemikalien umwandelt.
• Der Kupfer-Katalysator ermöglicht die Produktion komplexer Kohlenwasserstoffe wie Ethan und Ethylen, die sonst aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden, und macht die Methode effizienter als frühere Verfahren.
• Durch den Einsatz von Glycerin anstelle von Wasser wird die Energieeffizienz stark erhöht, wodurch nicht nur Kraftstoffe, sondern auch wertvolle Chemikalien für die Industrie hergestellt werden können.

Bild: © Virgil Andrei via University of Cambridge