Erneuerbare Energien stehen Zentrum der Forschungsarbeit am Innsbrucker Institut für Physikalische Chemie.

Er­neuer­bare Ener­gien im Fokus

Der Einsatz Erneuerbarer Energien steht im Zentrum der Forschungsarbeit am Innsbrucker Institut für Physikalische Chemie. Kürzlich konnten gleich zwei Arbeitsgruppen des Instituts Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit im renommierten Fachjournal ACS Catalysis veröffentlichen.

Sowohl die Arbeitsgruppe von Institutsleiterin Julia Kunze-Liebhäuser als auch die Arbeitsgruppe von Simon Penner und Bernhard Klötzer am Institut für Physikalische Chemie beschäftigen sich mit dem möglichen Einsatz erneuerbarer Energieträger. „Auch wenn wir mit beiden Themen sehr stark im Bereich der Grundlagenforschung liegen, ist ein besseres Verständnis der einzelnen Prozesse wesentlich für die weitere Entwicklung auf diesem Gebiet“, erklärt Julia Kunze-Liebhäuser, Leiterin des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. „Es freut uns jedenfalls sehr, dass beide Ansätze unseres Instituts kürzlich so erfolgreich publiziert werden konnten.“ 

Effiziente Ethanol-Umwandlung zu Kohlendioxid

Die Arbeitsgruppe von Julia Kunze-Liebhäuser untersucht den Einsatz der erneuerbaren Energien – im konkreten Fall Ethanol – aus elektrochemischer Sicht. „Brennstoffzellen mit Direkteinspeisung von Ethanol (DEFC's) haben als nachhaltige Energieumwandlungs-Apparate in den letzten Jahren an Attraktivität gewonnen. Besondere Vorteile bei der Benutzung von Ethanol liegen im niedrigen Preis und der generellen Verfügbarkeit durch Fermentation von Biomasse“, erklärt Julia Kunze-Liebhäuser, betont aber, dass die technischen Herausforderungen bei diesem Verfahren groß sind. „Wichtig sind vor allem die Stabilität der Trägermaterialien, die hohen Kosten der eingesetzten Edelmetalle und die Effizienz der Umwandlung von Ethanol zu Kohlendioxid.“ In der aktuellen Publikation konnte die Chemikerin mit ihrem Team nun zeigen, dass Wolframcarbid nutzbringend als stabiles Trägermaterial für kleine Mengen von nichtmetallischen (10 Gewichtsprozent Zinn) und metallischen Partikeln (3 Gewichtsprozent Gold und Platin) eingesetzt werden kann. Der so synthetisierte Katalysator zeigt den bis dato höchsten Grad der Umwandlung von Ethanol zu Kohlendioxid, trotz niedrig gehaltener Edelmetallanteile.

Wichtige Zwischenschritte nachgewiesen

Die Arbeitsgruppe von Simon Penner und Bernhard Klötzer am Institut für Physikalische Chemie untersucht die stoffliche Nutzung von CO2 im Rahmen der Trockenreformierung von Methan – also die direkte Umsetzung von Methan und Kohlendioxid zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Diese stellt laut den Wissenschaftlern eine attraktive Möglichkeit dar, gleich zwei klimaschädliche Gase in einem Schritt zu erneuerbaren Energieressourcen, wie z.b. „Synthetic Fuels“ mit deutlich verbessertem CO2-Fußabdruck, umzuwandeln. Komplexe Oxidmaterialien wie Perovskite werden seit einiger Zeit erfolgreich als edelmetallfreie Katalysatormaterialien eingesetzt. Da die Reaktion üblicherweise bei 700-800 °C durchgeführt wird und die Perovskitphase nur die Vorläuferstruktur zur Bildung der aktiven Phase darstellt, war der Mechanismus der Reaktion und die Struktur der Zwischenschritte bis dato ungeklärt. „In unserer Veröffentlichung wird durch Anwendung von in-situ Strukturaufklärung gezeigt, welche Zwischenstrukturen bei der Trockenreformierung über LaNiO3 Perovskitstrukturen auftreten und welche Rolle sie zur Reaktivität beitragen“, erklärt Simon Penner vom Institut für Physikalische Chemie. „Dies beinhaltet unter anderem polymorphe Phasenumwandlungen der Perovskitstruktur, die Bildung von sauerstoffdefizienten Perovskitphasen sowie das Auftreten einer Ruddlesden-Popper Struktur als wichtigste Zwischenphase, aus der die eigentliche aktive Phase mit besonders ausgedehnter und chemisch aktiver Grenzfläche zwischen metallischem Nickel und Oxid hervorgeht.“

 

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