Rezept für direkte Umwandlung gesucht
Theoretisch könnte das klimaschädliche Gas von vielen Industrien sinnvoll weiterverarbeitet werden. Denn Methan eignet sich als Ausgangsstoff für chemische Prozesse und als Energieträger, etwa zur Herstellung von alternativem Treibstoff. Trotzdem werden weltweit riesige Mengen Methan einfach verbrannt – zum Beispiel auf Ölfeldern. Das Problem: Es ist derzeit schlicht zu wenig rentabel, das Gas in die einfacher zu transportierende und reaktionsfreudigere Flüssigkeit Methanol zu überführen. Im industriellen Maßstab wird diese Umwandlung derzeit mithilfe einer aufwändigen Methode praktiziert, die mehrere Zwischenschritte erfordert, viel Energie verbraucht und teuer ist.
Schon länger forschen Wissenschaftler daher daran, wie eine einfache und direkte Umwandlung von Methan zu Methanol gelingen könnte – mit ersten Erfolgen. So haben Forscher gezeigt, dass eine solche Reaktion zum Beispiel mithilfe von kupferhaltigen Silizium-Aluminium-Verbindungen als Katalysatoren möglich ist. Problematisch ist allerdings, dass sich diese Katalysatoren erst durch hohe Temperaturen von weit über 200 Grad Celsius aktivieren lassen – Temperaturen, bei denen das entstehende Methanol direkt wieder verbrennen würde. Die Reaktion erfordert daher einen aufwändigen Wechsel aus Heizen und Kühlen des Reaktionsbehälters. Auf der Suche nach besseren Alternativen haben Nishtha Agarwal von der University of Cardiff und ihre Kollegen nun einen neuen Katalysator getestet: Nanopartikel aus einer Gold-Palladium-Verbindung.
Bei niedrigen Temperaturen zum Erfolg
Als zusätzliche Reaktionspartner verwendete das Team zwei weitere Substanzen, wie Agarwals Kollege Graham Hutchings erklärt: “Unser Prozess nutzt Sauerstoff – ein praktisch frei verfügbares Produkt aus der Luft um uns herum – und kombiniert dieses mit Wasserstoffperoxid.” Bei ihren Versuchen konnten die Wissenschaftler demonstrieren, dass das Methan in einer flüssigen Lösung unter Anwesenheit dieser drei Stoffe zu einem großen Anteil in Methanol überführt wird. Demnach oxidierten rund 92 Prozent des Ausgangsprodukts zu der gewünschten Verbindung und es entstand kaum Kohlenstoffdioxid.
Doch der eigentliche Clou: Die Reaktion läuft bei äußerst niedrigen Temperaturen von 50 Grad Celsius ab und funktioniert sogar noch bei Raumtemperatur, wenn dann auch deutlich weniger effizient. “Dadurch können wir im Vergleich zu anderen Prozessen deutlich an Energie einsparen”, sagt Hutchings. Die Kommerzialisierung der Methode werde zwar Zeit brauchen, schreiben die Forscher. Trotzdem erhoffen sie sich, dass ihre Ergebnisse eines Tages zu saubereren, grüneren und wirtschaftlicheren Industrieprozessen beitragen können.
