Forscher stellen Wasserstoffperoxid aus Luft her – so umweltfreundlich und günstig wie noch nie
Wasserstoffperoxid ist überall – doch die Herstellung ist teuer und umweltschädlich. Südkoreanische Forscher haben jetzt eine Lösung gefunden.
Wasserstoffperoxid kommt in zahlreichen Bereichen zum Einsatz, etwa zur Desinfektion in Krankenhäusern. © Vecteezy
Wasserstoffperoxid ist eine Chemikalie, die in vielen Bereichen eingesetzt wird – von der Desinfektion in Krankenhäusern bis hin zur Chip-Produktion in der Halbleiterindustrie. Die gängige Herstellungsmethode benötigt jedoch viel Energie, setzt teure Metalle wie Palladium ein und belastet die Umwelt durch schädliche Nebenprodukte. Wissenschaftler des Korea Institute of Science and Technology (KIST) haben nun eine nachhaltigere Alternative entwickelt: Sie setzen auf einen speziellen Kohlenstoff-Katalysator, der grünes Wasserstoffperoxid mithilfe von Luftsauerstoff herstellt – ohne aufwendige Reinigungsschritte oder hohe Kosten.
Warum Wasserstoffperoxid umweltfreundlicher produziert werden muss
Bisher wird Wasserstoffperoxid in einem Verfahren hergestellt, das viel Energie verbraucht und umweltschädliche Nebenprodukte erzeugt. Zudem ist es auf Palladium-Katalysatoren angewiesen, ein Edelmetall, das teuer und begrenzt verfügbar ist. Eine Alternative ist die sogenannte elektrochemische Reduktion von Sauerstoff: Dabei entsteht Wasserstoffperoxid direkt aus Sauerstoff, ohne dass umweltschädliche Rückstände entstehen.
Dieses Verfahren hatte jedoch einen entscheidenden Nachteil: Es benötigt reinen Sauerstoff, der nur mit hohem technischen Aufwand bereitgestellt werden kann. Zudem war die Reaktion oft instabil, weil sie in einer stark basischen Flüssigkeit ablief, die die Haltbarkeit des Produkts verringerte.
KIST-Forscher setzen auf neuartigen Kohlenstoff-Katalysator
Ein Forscherteam des KIST um Dr. Jong Min Kim hat eine Lösung für diese Probleme gefunden. Sie entwickelten einen speziellen Kohlenstoff-Katalysator mit winzigen Poren, sogenannte Mesoporen, die den Sauerstoff aus der normalen Luft effizient verarbeiten können. Damit funktioniert die chemische Reaktion auch in einer neutralen Flüssigkeit – ein großer Vorteil gegenüber bisherigen Verfahren.
Für die Herstellung nutzten die Wissenschaftler Kohlendioxid (CO₂) als Rohstoff, das mit Natriumborhydrid (NaBH₄) reagiert. Anschließend fügten sie Kalziumkarbonat (CaCO₃) hinzu, das später entfernt wurde. Das Ergebnis war ein Kohlenstoff-Katalysator mit einer Struktur, die es Sauerstoff ermöglicht, sich optimal in der Flüssigkeit zu verteilen und die Reaktion stabil zu halten.
Rechts: Elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt die feinen Poren und wie sich Bor im Material verteilt. © Korea Institute of Science and Technology
Effizienter und stabiler als bisherige Verfahren
Die Forscher testeten den neuen Katalysator in einem Reaktor zur industriellen Produktion von Wasserstoffperoxid. Die Ergebnisse waren vielversprechend: Das System erreichte eine Wasserstoffperoxid-Ausbeute von über 80 Prozent, ein Wert, der mit bestehenden Verfahren vergleichbar ist – aber ohne deren Nachteile.
Besonders beeindruckend war, dass das neue Verfahren auch mit normaler Luft funktioniert, die nur etwa 20 Prozent Sauerstoff enthält. In bisherigen Methoden musste reiner Sauerstoff zugesetzt werden, um akzeptable Ergebnisse zu erzielen. Echtzeit-Analysen zeigten, dass die Porenstruktur des Katalysators eine gleichmäßige Sauerstoffverteilung sicherstellt und so für eine gleichbleibend hohe Effizienz sorgt.
Neue Möglichkeiten für den industriellen Einsatz
Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist die höhere Konzentration des hergestellten Wasserstoffperoxids. Während herkömmliche Verfahren meist Lösungen mit maximal 3 Prozent erzeugen – die etwa als Desinfektionsmittel verwendet werden – erreichte das KIST-Team eine Konzentration von 3,6 Prozent.
Unsere Technologie nutzt den Sauerstoff aus der Luft, um Wasserstoffperoxid in neutralen Elektrolyten herzustellen. Das macht sie praktischer als bisherige Verfahren und wird die industrielle Nutzung beschleunigen.
Dr. Jong Min Kim vom KIST
Dieser Durchbruch könnte die industrielle Produktion von Wasserstoffperoxid nachhaltiger und günstiger machen – ein wichtiger Schritt hin zu einer umweltfreundlicheren Chemieindustrie.
Kurz zusammengefasst:
- Forscher des KIST haben einen neuen Kohlenstoff-Katalysator entwickelt, der Wasserstoffperoxid effizienter und umweltfreundlicher aus Luftsauerstoff produziert. Und das ohne teure Edelmetalle oder schädliche Nebenprodukte.
- Dank der speziellen Mesoporen im Katalysator funktioniert das Verfahren stabil in einer neutralen Flüssigkeit. Das macht den Einsatz von stark basischen Chemikalien überflüssig.
- Das neue Verfahren ermöglicht eine hohe Ausbeute von über 80 Prozent und produziert Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von 3,6 Prozent, was es für industrielle Anwendungen besonders interessant macht.
Bild: © Vecteezy
