Thematischer Hintergrund

Neues „Outfit“ für chemische Beschleuniger – Wie Forscher Katalysatoren verbessern

Egal ob die Ammoniaksynthese aus N2 und H2, die Bildung von Essigsäure aus Methanol und CO oder die Oxidation von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser in Brennstoffzellen: Die meisten chemischen Reaktionen sind auf leistungsfähige Katalysatoren angewiesen. Als eine Art „Heiratsvermittler“ ermöglichen diese die Umsetzung der Ausgangsstoffe in die gewünschten Endprodukte – und beschleunigen sie vor allem.

„Erfunden“ und maßgeschneidert werden die für Industrie und Verbraucher unentbehrlichen Katalysatoren von Wissenschaftlern, die häufig viele Mixturen ausprobieren müssen, bis der chemische „Sesam öffne dich“ nahezu perfekt arbeitet.

Neuentwicklungen und Grundlagenforschung

So war es auch beim Drei-Wege-Katalysator für Benzinautos, der in den letzten 20 Jahren weltweit zum Erfolgsmodell geworden ist. Denn mit seiner Hilfe ist es möglich, die Freisetzung von gefährlichen Schadstoffen wie Kohlenmonoxid (CO) oder Stickoxiden (NOX) in den Abgasen der Fahrzeuge deutlich zu reduzieren.

Doch auch solche vermeintlich ausgereiften Technologien zeigen im alltäglichen Gebrauch noch immer Schwächen. Die Katalyseforscher setzen deshalb alles daran, die Eigenschaften von bereits existierenden Katalysatoren oder ihrer Trägermaterialien immer weiter zu verbessern.

So entwickeln sie beispielsweise für den Drei-Wege-Katalysator sogenannte Nanorasseln – winzige hohle Zirconiumoxidkugeln mit einem Goldpartikel in ihrem Inneren –, die auch bei Betriebstemperaturen von 800°C zuverlässig arbeiten und ihre wertvollen Fähigkeiten behalten.

Einblick in den Forscheralltag

Eine Beschäftigung mit dem Thema Katalyse im Unterricht gibt den Schülern zumindest ansatzweise einen Einblick in den Forscheralltag im Bereich Chemie. Sie lernen dabei aber auch moderne fachspezifische Methoden kennen und erfahren wie aufwändig und schwierig es sein kann, alltagsrelevante Produkte zu entwickeln oder zu optimieren.

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