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Kunststoff aus Kohlendioxid: Neues Material entpuppt sich als idealer CO2-Fänger

Ein neues Material, mit dem Kohlendioxidmolek√ľle (CO2) selektiv eingefangen und effizient in n√ľtzliche organische Materialien umgewandelt werden k√∂nnen, wurde von Forschern der Universit√§t Kyoto zusammen mit Kollegen der Universit√§t Tokio und der Jiangsu Normal Universit√§t in China entwickelt. 

Unser Verbrauch fossiler Brennstoffe hat weltweit zu einem Anstieg der Emission des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) gef√ľhrt. Diesem Anstieg steht in einem engen Zusammenhang mit der Erderw√§rmung und dem beobachteten Klimawandel. Eine M√∂glichkeit, dem entgegenzuwirken, besteht darin, Kohlenstoff aus der Atmosph√§re einzufangen und zu binden. Derzeitige Verfahren sind jedoch sehr energieintensiv. Die geringe Reaktivit√§t von CO2 erschwert zudem die effiziente Abscheidung und Umwandlung in beispielsweise Ausgangsmaterialien f√ľr die Herstellung von Kunststoffen.

Nun aber haben japanischen und chinesische Wissenschaftler in enger Kooperation nach eigenen Angaben erfolgreich ein por√∂ses Material entwickelt, das eine hohe Affinit√§t zu CO2-Molek√ľlen besitzt und das es erm√∂glicht, Kohlendioxid rasch in n√ľtzliche organische Materialien umzuwandeln, sagt Ken-ichi Otake, Materialwissenschaftler an der Universit√§t Kyoto am Institut f√ľr Integrierte Zellmaterialwissenschaften (iCeMS).

Das Material ist ein por√∂ses Koordinationspolymer (PCP, auch bekannt als MOF; Metal-Organic Framework), dass ein aus Zinkmetallionen bestehendes Ger√ľst hat. Die Forscher testeten ihr Material mithilfe einer R√∂ntgenstrukturanalyse und stellten fest, dass es ausschlie√ülich CO2-Molek√ľle mit zehnmal h√∂herer Effizienz als andere PCPs selektiv einfangen kann.

Das Material hat eine organische Komponente mit einer propeller√§hnlichen Molek√ľlstruktur. Wenn sich die CO2-Molek√ľle der Struktur n√§hern, drehen sie sich und ordnen sich neu an, um die Speicherung von CO2 zu erm√∂glichen. Dies f√ľhrt zu geringf√ľgigen √Ąnderungen der Molek√ľlkan√§le innerhalb des PCP. Dadurch fungiert es sozusagen als molekulares Sieb, in dessen Maschen sich CO2-Molek√ľle verfangen. Das PCP kann auch recycelt werden. Die Effizienz des Katalysators nahm auch nach 10 Reaktionszyklen nicht ab.

"Eine der umweltfreundlichsten Methoden zur Kohlenstoffbindung besteht darin, das Kohlendioxid in hochwertige Chemikalien wie zyklische Carbonate umzuwandeln, die in Petrochemikalien und Pharmazeutika verwendet werden k√∂nnen", sagt Susumu Kitagawa, Materialchemiker an der Universit√§t Kyoto. Nach dem Abfangen des Kohlenstoffs kann aus dem konvertierten Material zudem Polyurethan hergestellt werden, ein Material mit einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen. 

Ihre Arbeit hebt das Potenzial por√∂ser Koordinationspolymere hervor, Kohlendioxid einzufangen und in n√ľtzliche Materialien umzuwandeln, und er√∂ffne zudem einen Weg f√ľr die zuk√ľnftige Erforschung von Kohlenstoffabscheidungsmaterialien, hei√üt in einer Pressemeldung der Kyoto Universit√§t.

Referenz
Pengyan Wu, Yang Li, Jia-Jia Zheng, Nobuhiko Hosono, Ken-ichi Otake, Jian Wang, Yanhong Liu, Lingling Xia, Min Jiang, Shigeyoshi Sakaki & Susumu Kitagawa, Carbon dioxide capture and efficient fixation in a dynamic porous coordination polymer, Nature Communications 10, Article number: 4362 (2019), http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-12414-z

Quelle: Kyoto University

 

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