US-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, um Methan bei Raumtemperatur aus der Luft zu entfernen und in Kunststoffe umzuwandeln. Mithilfe eines speziellen Katalysators entsteht ein Kreislauf, der Methan in nützliche Produkte wie Formaldehyd umwandelt.
Methan, hier eine Regasifizierungsanlage für verflüssigtes Erdgas, das zum Großteil daraus besteht, ist ein Klimakiller, kann aber gut stofflich verwendet werden.
Shell
Methan, eines der schädlichsten Treibhausgase, ist über einen Zeitraum von 100 Jahren betrachtet etwa 28-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid (CO₂). In kürzeren Zeiträumen ist es sogar noch wirksamer. Obwohl Methan nach einigen Jahren in der Atmosphäre wieder abgebaut wird, trägt es erheblich zur Erderwärmung bei.
Neben natürlichen Quellen wie Vulkanen oder Permafrostböden entstehen große Mengen Methan durch menschliche Aktivitäten wie Viehzucht, Reisanbau und die Nutzung fossiler Energieträger.
Eine Entwicklung aus den USA zeigt nun, wie Methan nicht nur aus der Atmosphäre entfernt, sondern gleichzeitig in nützliche Stoffe umgewandelt werden kann. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein Verfahren entwickelt, das unter normalen Umgebungsbedingungen – also bei Raumtemperatur und normalem Luftdruck – funktioniert. Es könnte nicht nur helfen, die Methankonzentration in der Atmosphäre zu senken, sondern auch Rohstoffe für die Kunststoffherstellung liefern.
Kombination aus Zeolith Alkoholoxidase
Herzstück des Verfahrens ist eine Kombination aus zwei Katalysatoren: einem Zeolith und einer Alkoholoxidase. Zeolithe sind Aluminiumsilikate, die entweder natürlich vorkommen oder im Labor hergestellt werden. Sie ermöglichen chemische Reaktionen, an denen Methan normalerweise nicht teilnimmt.
Im Labor verwendeten die Wissenschaftler einen speziellen Zeolith namens Fe-ZSM-5, der mit Eisen modifiziert wurde. Dieser Katalysator sorgt dafür, dass Methan aus der Luft in einer wässrigen Lösung mit Sauerstoff zu Methanol reagiert. Anschließend setzt eine Alkoholoxidase das Methanol zusammen mit dem Luftsauerstoff zu Formaldehyd und Wasserstoffperoxid um. Formaldehyd, eines der Hauptprodukte, kann als Rohstoff für Kunststoffe verwendet werden. Wasserstoffperoxid liefert den Sauerstoff für die anfängliche Methanreaktion, wodurch ein sich selbst erhaltender Reaktionskreislauf entsteht.
Ein weiteres Potenzial liegt in der Kombination von Formaldehyd mit Harnstoff. Dabei entsteht Methylendiharnstoff, eine wichtige Substanz für die Herstellung von Harnstoffharzen. Diese Kunststoffe härten schnell aus und sind abriebfest, was sie ideal für Anwendungen wie Laminate oder Textilien macht.
Auch in Farben nutzbar
Die Forscher haben auch gezeigt, dass sich die Katalysatoren in feste Materialien wie Farben einbauen lassen. Ein Beispiel ist die Verbindung von Formaldehyd und Harnstoff mit Titandioxid, einem häufig verwendeten weißen Farbpigment. Nach einer speziellen Verarbeitung entsteht ein Weißpigment-Katalysator, der zur Oberflächenversiegelung von Erdgasleitungen eingesetzt werden könnte. Das entstehende Kunstharz könnte kleine Risse überdecken und Lecks verhindern.
Das Verfahren bietet nicht nur die Möglichkeit, Methanemissionen zu reduzieren, sondern produziert gleichzeitig hochwertige Polymere, die vielseitig einsetzbar sind. Die Forscher arbeiten zudem an einer Erweiterung des Verfahrens, bei dem auch CO₂ aus der Luft gebunden und mit Nitrat zu Harnstoff umgesetzt wird.
"Diese Arbeit zeigt einen nachhaltigen Weg auf, Methan unter Umgebungsbedingungen in nützliche Produkte umzuwandeln", schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie, die im Fachmagazin Nature Catalysis veröffentlicht wurde.