Synthetische Kraftstoffe: Katalysator für emissionsarmen Einsatz

Forschende am KIT verbessern Katalysatoren, um die Bildung giftiger Nebenprodukte beim Einsatz synthetischer Kraftstoffe zu verringern

Molekülstruktur mit Atomen, dargestellt als bunte Kugeln, vor dunklem Hintergrund. — Mittels in situ/operando-Charakterisierung identifizierte aktive Zentren ermöglichen die Minimierung von Sekundäremissionen wie Blausäure und Formaldehyd.

Synthetische Kraftstoffe gelten als klimafreundlich, wenn sie mit biogenem oder atmosphärischem CO₂ hergestellt werden. Doch auch bei ihrer Verbrennung entstehen Schadstoffe wie Formaldehyd. Trotz niedriger Konzentrationen sind diese Verbindungen nicht nur schädlich für die Gesundheit, sie beeinträchtigen auch die Wirksamkeit traditioneller Abgasreinigungssysteme. Zudem fördert Formaldehyd die Bildung von Sekundäremissionen wie der extrem toxischen Blausäure. Gemeinsam mit Partnern haben Forschende des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) einen etablierten Katalysator optimiert, um diese schädlichen Emissionen zu reduzieren. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team in der Fachzeitschrift Nature Catalysis.

Wirksam gegen Formaldehyd und Blausäure

„Verantwortlich für die Blausäure-Emissionen ist unter anderem eine unerwünschte Reaktion von Formaldehyd mit Ammoniak, der konventionell in der Abgasreinigung eingesetzt wird“, erklärt Dr. Maria Casapu vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) des KIT, deren interdisziplinäres Forschungsteam die Untersuchungen am Katalysator Cu-SSZ-13 durchführte. Es kombinierte dabei moderne Charakterisierungsmethoden an unterschiedlichen Synchrotronstrahlungsquellen mit quantenchemischen Berechnungen.

Dabei konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe von hochbrillanter Röntgenstrahlung den Katalysator unter realen Reaktionsbedingungen (in situ/operando) beobachten und zeigen, dass bestimmte Kupferspezies in Cu-SSZ-13 die Umwandlung von sowohl Formaldehyd als auch Blausäure begünstigen, ohne dabei die Bildung von Blausäure zu fördern. „Besonders wirkungsvoll erwiesen sich sogenannte ZCuOH-Zentren, die bei über 350 Grad Celsius zu deutlich geringeren Blausäure-Emissionen führen“, so Dr. Simon Barth vom Institut für Katalyseforschung und -technologie des KIT, der maßgeblich an der Studie beteiligt war. Die Ergebnisse helfen dabei, Abgasnachbehandlungssysteme weiterzuentwickeln, und konnten gleichzeitig das enorme Potenzial moderner in situ/operando-Charakterisierungsmethoden demonstrieren.

mhe, 28.08.2025