Katalysatoren-Technik ermöglicht Einsparung von teurem Kobalt

Neuartige Katalysator-Partikel können die industrielle Produktion synthetischer Kraftstoffe verbilligen und erlauben eine bessere Steuerung der daran beteiligten chemischen Prozesse. Auch die Speicherung großer Mengen von Solar- und Windstrom könnten sie vereinfachen.

Die industrielle Produktion synthetischer Kraftstoffe ist eine mögliche Alternative zum Erdöl, wenn dieses in den kommenden Jahrzehnten teurer wird. Dabei kommt heute standardmäßig die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) zum Einsatz. Auf Grundlage von Kohle und Erdgas werden flüssige Kohlenwasserstoffe gewonnen, die anschließend zu hochreinen Kraftstoffen wie Dieselöl und Turbinenkraftstoff weiterverarbeitet werden.

Die an der FTS beteiligten chemischen Prozesse können allerdings nur dann in der gewünschten Weise ablaufen, wenn Katalysatoren diese Prozesse in Gang setzen und steuern. Als Katalysatoren werden in der Chemie Stoffe bezeichnet, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Meist werden in der Industrie Katalysatoren verwendet, die zum Großteil aus Kobalt bestehen. Das Material ist für den Einsatz der FTS optimal geeignet. Der Nachteil: Es wird in vielen unterschiedlichen Branchen benötigt und ist deshalb relativ teuer.

Forscher am Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth suchten nach einer Möglichkeit, den Kobalt-Anteil der FTS-Katalysatoren zu verringern, ohne deren Effizienz zu schwächen. Die entwickelten FTS-Katalysatoren bestehen aus einem magnetischen Kern und einer Schale aus Kobalt. Diese Schale darf höchstens einen Nanometer – also ein Millionstel Millimeter – 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.

Das neuartige Verfahren ermöglicht den Erhalt des zweistufigen Aufbaus aus magnetischem Kern und kobalthaltiger Schale, so dass die Partikel mehrfach verwendet werden können. Hinzu kommt, dass sich die Größe der Partikel nanometergenau festlegen lässt. Von der Partikelgröße hängt es ab, wie sich das Gemisch unterschiedlicher Substanzen, das bei der FTS herauskommt, zusammensetzt.

Die Herstellung maßgeschneiderter FTS-Katalysatoren ist eine vielversprechende Innovation für Industrieunternehmen, die sich auf die Produktion synthetischer Kraftstoffe spezialisiert haben. Die Bayreuther Ingenieurwissenschaftler haben aber noch einen weiteren Nutzen der neuen Katalysatoren im Blick. In weiterführenden Studie untersuchen sie, ob es einen kostengünstigen Weg gibt, synthetisch hergestellte flüssige Kohlenwasserstoffe als Speicher für überschüssigen Solar- und Windstrom zu nutzen.

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