Flüssigkatalysator aus Gallium und Platin für eine nachhaltigere Industrie

von | 20. Sep 2022 - 12:51 | Technologien

Wissenschaftler in Australien entwickeln Katalyse-Verfahren, das großtechnische Prozesse deutlich günstiger und energieeffizienter machen könnte.

Katalysatoren sind Stoffe, die chemische Reaktionen auslösen oder beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Das Edelmetall Platin glänzt auf diesem Gebiet mit großer Wirksamkeit. Katalysatoren, die dieses Material enthalten, finden vor allem in der chemischen und petrochemischen Industrie Verwendung, etwa bei der grünen Wasserstoff-Elektrolyse und der Ammoniakproduktion für Düngemittel. In Australien haben Wissenschaftler nun eine Methode entwickelt, die viele großtechnische Prozesse wesentlich kostengünstiger und umweltverträglicher machen könnte. Forscher des Royal Melbourne Institute of Technology und der University of New South Wales stellten in der Zeitschrift Nature Chemistry ein System vor, das mit winzigsten Mengen Platin auskommt und gleichzeitig Energie wie auch klimaschädliche Emissionen einspart – dank Gallium.

Festkörper-Katalysatoren für den industriellen Gebrauch erfordern einen Anteil von etwa zehn Prozent Platin, schreibt Labonline. Angesichts der hohen Kosten des seltenen Edelmetalls und seines Schmelzpunktes von fast 1.770 Grad Celsius sei die Herstellung solcher Komponenten eine teure Angelegenheit. Das Forscherteam setzt stattdessen auf flüssiges Platin. Durch die Kombination mit Gallium, das seinen Schmelzpunkt bereits bei 29,8 Grad Celsius erreicht, löst sich das Edelmetall, ohne dass ein leistungsstarker Industrieofen angeheizt werden muss. Nur zu Beginn des Herstellungsprozesses sind kurzzeitige Temperaturen von rund 300 Grad Celsius nötig; anschließend reichen Raumtemperaturen aus, damit der flüssige Zustand erhalten bleibt.

Auch die katalytische Reaktion selbst erfordere lediglich Temperaturen zwischen 40 und 70 Grad Celsius, was für industrielle Maßstäbe niedrig sei, schreibt das australische Cosmos Magazine. Labonline sieht darin einen möglichen Weg, drastische Emissionsreduzierungen in wichtigen Industriezweigen zu erreichen. Aufgrund der flüssigen Basis sei das System zudem zuverlässiger, da es sich selbst erneuere, während Festkörper-Katalysatoren sich zunehmend mit Partikeln zusetzen können.

Gallium erreicht seinen Schmelzpunkt bereits bei knapp unter 30 Grad Celsius. Diese Eigenschaft nutzten die Forscher, um eine winzige Menge Platin darin zu lösen.

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Nur ein Bruchteil an Platin – aber 1.000-mal effizienter

Obwohl das Mischungsverhältnis von Platin und Gallium weniger als 0,0001 zu eins betrage, sei der Flüssigkatalysator mehr als 1.000-mal effizienter als sein festes Gegenstück mit zehn Prozent Platin, so die Forscher. Der Grund: Das Edelmetall rege auch das Gallium zur Katalyse an, erklärt Hauptautor Dr. Arifur Rahim im Cosmos Magazine. Der Vorgang unterscheide sich völlig von jeder anderen bisher bekannten Katalyse, fügt sein Teamkollege Dr. Andrew Christofferson hinzu. Die Wissenschaftler möchten nun untersuchen, ob das Verfahren sich auf weitere Edelmetalle wie Silber, Gold und Ruthenium übertragen lässt – allesamt ebenso leistungsstarke wie teure Katalysatoren.

Gallium für Zukunftstechnologien: Das Multitalent unter den kritischen Rohstoffen könnte künftig auch für den Klimaschutz, die Krebsforschung oder die Revolution des Gesundheitswesens durch medizinische Wearables wichtig werden.

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