Katalysatorsysteme: Die Edelmetallfreien Legierungen
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Katalysator kommen auf sehr unterschiedlichen Gebieten zum Einsatz. Der größte Nachteil von Katalysatoren: Die sind sehr teuer. Einer der Hauptgründe sind die Verwendung von seltenen und teuren Edelmetallen für die Legierungen. Nun gibt es verschiedene Ansätze die teuren Legierungen zu verringern oder ganz einzusparen.
„In vielen energierelevanten Anwendungen wie der Niedertemperatur-Brennstoffzelle oder Elektrolyseuren stecken Katalysatoren aus Edelmetallen. Diese sind „nicht nur knapp und teuer, sondern werden häufig auch unter bedenklichen Bedingungen abgebaut“, betont Ulrike Kramm, Juniorprofessorin in den Fachbereichen Chemie sowie Material- und Geowissenschaften der TU Darmstadt. Auf der Suche nach einem Ersatz für die Edelmetalle orientiert sich Kramm an einem Vorbild aus der Natur: dem Blutfarbstoff Hämoglobin. In seinem Zentrum sitzt ein Eisenatom, umgeben von vier Stickstoffatomen. Anders als beim Hämoglobin, bei dem die Eisen-Stickstoff-Einheit als molekulares Zentrum in ein organisches Molekül eingebunden ist, sind die von Kramm entwickelten molekularen Zentren in reinen Kohlenstoff in Form von Graphen integriert. Kramms Katalysatoren enthalten als Metall nicht unbedingt Eisen, sondern zum Beispiel auch Kobalt, Kupfer oder Mangan. Der Bedarf an Metall für die Katalyse wird durch die Einbindung der Metalle in das molekulare Zentrum stark reduziert.“
„Als Katalysator für die Sauerstoffreduktion, die zum Beispiel in Brennstoffzellen oder Metall-Luft-Batterien ausschlaggebend ist, setzt die Industrie bisher Platin-Legierungen ein. Das teure und seltene Metall setzt der Produktion enge Grenzen. Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung haben jetzt eine aus fünf Elementen bestehende Legierung entdeckt, die edelmetallfrei und genauso aktiv ist wie Platin.“
„Die Chemiker aus dem Institut für Anorganische Chemie I haben einen Edelmetall-freien Komposit-Katalysator entwickelt, der in derselben chemischen Reaktion sowohl für die Entwicklung von Sauerstoff als auch von Wasserstoff eingesetzt werden kann. … In herkömmlichen elektrochemischen Katalysatorsystemen kommen bei diesen beiden Halbreaktionen unterschiedliche Materialien zum Einsatz. Ulmer Chemiker aus Professor Strebs Labor haben nun in Kooperation mit Materialwissenschaftlern aus China ein Edelmetall-freies Komposit-Material entwickelt, das sich in beiden Teilreaktionen gleichermaßen bewährt hat.“
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