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Mittwoch, den 15. Januar 2025 um 04:18 Uhr

Anorganische und Biokatalysatoren für selektive CO2-Reduktion

Um aus CO2 wertvolle Stoffe zurückzugewinnen, ist eine schrittweise Reduktion erforderlich. Bei der Elektrokatalyse entstehen viele verschiedene Moleküle, die nicht alle nutzbar sind. Biokatalysatoren hingegen sind selektiv und produzieren nur ein spezifisches Produkt, sind jedoch sehr empfindlich. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum für Elektrochemie der Ruhr-Universität Bochum und Dr. Felipe Conzuelo von der Universidade Nova de Lisboa hat eine hybride Katalysekaskade entwickelt, die die Vorteile beider Verfahren kombiniert.

Vor- und Nachteile der Elektro- und Biokatalyse

Methanol ist ein begehrter Stoff, der aus klimaschädlichem CO2 gewonnen werden soll und als Rohstoff für Synthesen in der chemischen Industrie dient. „Um zu Methanol zu gelangen, braucht es viele Schritte der Reduktion, denn Kohlenstoffdioxid ist die höchstoxidierte Form des Kohlenstoffs“, erklärt Wolfgang Schuhmann. Die Elektrokatalyse kann diese Schritte einleiten, jedoch führt sie nach dem ersten selektiven Schritt zu bis zu 16 verschiedenen Produkten, nicht nur Methanol. Im Gegensatz dazu katalysieren Biokatalysatoren, also natürliche Enzyme, nur eine spezifische Reaktion und liefern ein einziges Endprodukt. Allerdings sind sie kompliziert in der Handhabung, sehr empfindlich und benötigen oft Kofaktoren für die Reaktion.

Beide Verfahren verheiraten

Um die Vorteile der Elektro- und Biokatalyse zu kombinieren, entwickelten die Erstautorinnen Panpan Wang und Xin Wang eine hybride Methode. Der erste Schritt der Umwandlung von CO2 zu Formiat erfolgt elektrokatalytisch, während die folgenden zwei Schritte durch die Enzyme Formaldehyd-Dehydrogenase und Alkohol-Dehydrogenase katalysiert werden. Diese Enzyme benötigen den Kofaktor NAD (Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid), der während der Katalyse verbraucht wird und regeneriert werden muss. Die Regeneration erfolgt durch ein drittes Enzym, wodurch schließlich der Wertstoff Methanol entsteht.

„Die Arbeit belegt, dass solche hybriden Kaskaden prinzipiell möglich sind und komplexe, vielschrittige Reaktionen selektiv möglich machen“, fasst Wolfgang Schuhmann zusammen.


Den ganzen Artikel finden Sie unter:

https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2025-01-13-chemie-anorganische-und-biokatalysatoren-reduzieren-gemeinsam-co2


Quelle: Ruhr-Universität Bochum (01/2025)


Publikation:
Panpan Wang, Xin Wang, Shubhadeep Chandra, Anna Lielpetere, Thomas Quast, Felipe Conzuelo, Wolfgang Schuhmann: Hybrid Enzyme-Electrocatalyst Cascade Modified Gas-Diffusion Electrodes for Methanol Formation from Carbon Dioxide, in: Angewandte Chemie, 2024, DOI: 10.1002/anie.202422882, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202422882

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