Karlsruhe – Das durch Nutzung fossiler Energieträger laufend in die Atmosphäre gelangende Kohlendioxid treibt den Klimawandel voran. Die Gedanken von Wissenschaftern kreisen vorwiegend darum, wie sich erstens die CO2-Emissionen verringern lassen, und zweitens, wie sich überschüssiges CO2 am effektivsten binden respektive einlagern lässt.

Begehrtes Material

Eine ergänzende Perspektive steuern nun Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bei. Sie nutzen Kohlendioxid als Ressource – und zwar als Ausgangstoff, um das "Wundermaterial" Graphen herzustellen. Graphen ist die zweidimensionale Form von Kohlenstoff, welche interessante elektrische Eigenschaften aufweist und daher für zukünftige, neuartige Elektronikbauteile in Frage kommt.

Die Entdeckung und Handhabbarmachung von Graphen im Jahre 2004 führte zu weltweiter, intensiver Forschung und brachte den Entdeckern Andre Geim und Konstanin Novoselov 2010 den Nobelpreis für Physik ein. Die beiden nahmen das Graphen händisch per Klebeband von einem Block Graphit ab.

Inspiriert von der Photosynthese

Die KIT-Forscher stellten nun im Fachmagazin "ChemSusChem" einen Prozess vor, in dem Kohlendioxid zusammen mit Wasserstoff mit Hilfe von speziell präparierten, katalytisch aktiven Metalloberflächen bei Temperaturen bis zu 1.000 Grad Celsius direkt in Graphen überführt wird. Das Vorbild dafür lieferte letztlich die Natur in Form der Photosynthese: Dabei entsteht in den Blättern von Pflanzen aus Licht, Wasser und Kohlendioxid wieder Biomasse und der natürliche Stoffkreislauf ist geschlossen.

"Wenn die Metalloberfläche das richtige Verhältnis von Kupfer und Palladium aufweist, findet die Umwandlung von Kohlendioxid zu Graphen direkt in einem einfachen einstufigen Prozess statt", erklärt Studienleiter Mario Ruben vom KIT. In weiteren Experimenten gelang es den Forschern sogar, das Graphen mit mehreren Schichten Dicke herzustellen, wie es für mögliche Anwendungen in Batterien, elektronischen Bauteilen oder Filtermaterialien interessant sein könnte.

Das nächste Forschungsziel der Arbeitsgruppe wird es sein, aus dem gewonnenen Graphen funktionierende elektronische Bauteile zu formen. Kohlenstoffmaterialien wie Graphen und magnetische Moleküle könnten die Bausteine für zukünftige Quantencomputer sein, die ultraschnelle und energieeffiziente Berechnungen ermöglichen, aber nicht auf der binären Logik heutiger Computer fußen. (red, 8. 7. 2019)