Neuer Katalysator Nano-Kugeln fachen Erdgas-Verbrennung an

Methan wird bei geringer Hitze nicht vollständig verbrannt. Diese Eigenschaft senkt die Effektivität von Maschinen - und schadet dem Klima. Ein neuer Katalysator soll das Problem lösen.

Erdgasauto beim Tanken (bei Kaiserslautern, 2006): Unverbranntes Methan im Abgas
dapd

Erdgasauto beim Tanken (bei Kaiserslautern, 2006): Unverbranntes Methan im Abgas


Washington - Ein neuer Katalysator könnte Erdgasautos und Gaskraftwerke effektiver und umweltfreundlicher machen. Die mit Hilfe von Nano-Technologien konstruierte Substanz lässt das Methangas auch bei niedrigen Temperaturen vollständig verbrennen.

So gelangten keine Reste des extrem wirksamen Treibhausgases in die Atmosphäre, berichtet ein internationales Forscherteam im Wissenschaftsmagazin "Science". Gleichzeitig sei der neue Katalysator auch bei den hohen Temperaturen noch stabil, wie sie beispielsweise in Erdgas-Kraftwerken aufträten. Bei den herkömmlich eingesetzten Materialien sei dies nicht der Fall.

"Katalysatoren für eine bessere Methanverbrennung werden dringend gebraucht", schreiben Matteo Cargnello von der Universität von Triest und seine Kollegen. Methan habe in der Atmosphäre einen mehr als 20-fach stärkeren Treibhauseffekt als Kohlendioxid und trage daher auch zum Klimawandel bei. Andere Forscher setzten die Klimawirkung des Methans sogar noch höher an.

Herkömmliche Katalysatoren mögen es heiß

Die bisher als Katalysatoren in Kraftwerken und Erdgasautos eingesetzten Palladiumverbindungen hinterlassen bei Temperaturen unter 400 Grad Celsius größere Rückstände von unverbranntem Methan. Sie arbeiten erst ab 600 bis 700 Grad effektiv.

"Bei Erdgasautos besteht daher ein Großteil der Abgase aus unverbranntem Methan", schreiben die Forscher. Viele Palladium-Katalysatoren halten zudem der großen Hitze beispielsweise in den Gasöfen von Kraftwerken nicht stand. Bei Temperaturen von 850 Grad Celsius und mehr backen die einzelnen, meist pulverförmigen Komponenten fest zusammen.

Durch dieses sogenannte Sintern verliere der Katalysator seine aktive Oberfläche und könne seine Funktion nicht mehr ausüben, erklären Cargnello und seine Kollegen. Bei dem neuen, per Nano-Technologie konstruierten Katalysator sei dies nicht der Fall.

Struktur entsteht von ganz allein

Der neue Katalysator besteht aus kleinen Palladium-Partikeln, die jeweils einzeln in einer kugeligen, porösen Hülle aus Cerdioxid, einer Verbindung eines Metalls der Seltenen Erden, stecken. Die maßgeschneiderte Verpackung entsteht in Gegenwart bestimmter chemischer Verbindungen von allein.

Die gefüllten Cerdioxid-Kügelchen gaben die Forscher auf eine Oberfläche aus Aluminiumoxid, wo sich diese - ebenfalls von selbst - in gleichmäßigem Abstand voneinander anordneten. Dadurch entstand ein Katalysator mit großer Oberfläche und nicht verklumpenden Komponenten.

Die Effektivität des neuen Katalysators testeten die Wissenschaftler in einer Brennkammer bei Temperaturen zwischen 250 und 850 Grad Celsius und verglichen sie mit zwei verschiedenen herkömmlichen Katalysatoren. Mit dem Kügelchen-Konstrukt sei schon bei 400 Grad das Methan rückstandslos verbrannt, schreiben Cargnello und seine Kollegen. Das sei 130 bis 300 Grad früher als bei herkömmlichen Katalysatoren.

Und auch bei hohen Temperaturen habe das Material keine Anzeichen für abnehmende Leistung gezeigt. Die Verbrennung des Methans sei insgesamt mehr als 30 Mal effektiver erfolgt. Dieses Konstruktionsprinzip biete daher eine große Chance, zukünftig bessere und umweltfreundlichere Katalysatoren für die Methangas-Verbrennung zu entwickeln.

chs/dapd

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