Katalysatoren, die nicht verkleben
Der Chemiker forscht an Materialien, die Katalysatoren effizienter machen sollen. Die Erkenntnisse lassen sich auch für die Herstellung von Wasserstoff nutzen.
Das Ziel ist, einen Katalysator wie einen modularen Setzkasten zu designen, um der Industrie eine flexibel einsetzbare Lösung anbieten zu können. Dafür hat die Europäische Union Ende 2017 Christoph Rameshan für seine Forschungsleistung mit einem Förderpreis – dem ERC Starting Grant – ausgezeichnet.
Allgemein gesprochen sind Katalysatoren Stoffe, die eine chemische Reaktion beschleunigen. Versucht man etwa einen Würfelzucker mit einem Feuerzeug anzuheizen, brennt dieser nur, solang die Flamme vorhanden ist. Die Energie muss permanent zugeführt werden. Streut man hingegen Asche auf den Zucker, brennt dieser nach dem Anzünden ohne weitere Energiezufuhr von selbst ab. Die Asche wirkt somit als Katalysator und beschleunigt den Prozess des Verbrennens. Der an der TU Wien tätige Chemiker erforscht nun, inwieweit sich das Mineral Perowskit als neues Trägermaterial für Katalysatoren eignet. Es gehört zu einer Kristallfamilie, die durch ihre Vielseitigkeit ein hohes Potenzial für die Katalyse hat.
Chemische Elemente können nämlich in die Perowskitstruktur gezielt eingelagert werden. Das lässt sich für Anwendungen in der Brennstoffzelle nutzen. Auf herkömmlichen Trägermaterialien neigen die eingelagerten Edelmetalle – etwa Aluminiumoxid bei Autokatalysatoren – mitunter zum Verkleben. Das macht den chemischen Prozess im Katalysator ineffizient. Um das zu verhindern, verbindet der Forscher das Mineral mit chemischen Elementen wie etwa Eisen, Nickel oder Kobalt.
Der Wissenschaftler entwickelt neue, intelligente Materialdesigns für Katalysatoren, die etwa beim Erzeugen erneuerbarer Energieträger wie Wasserstoff angewendet werden. „Ein mit Methanol betanktes Auto hat eine vergleichbare Reichweite wie ein benzinoder dieselbetriebenes Fahrzeug. Das kann man von einem Elektroauto nicht gerade behaupten“, sagt der Forscher. Mittels eines im Auto befindlichen Reformierreaktors – ein kleiner Ofen gefüllt mit einem Katalysator – wird durch den Prozess der MethanolDampf-Reformation Methanol in Wasserstoff umgewandelt. Der mit Wasserstoff und einer Brennstoffzelle erzeugte Strom könnte dann für einen Elektroantrieb genützt werden. Damit der Umwandlungsprozess möglichst effizient und energiesparend abläuft, kommen Legierungen aus Palladium-Zink oder Kupfer-Zink als Katalysator zur Anwendung. „Das Problem bei den industriellen Katalysatoranwendungen ist jenes, dass die Industrie oftmals nach dem Trial-Error-Prinzip arbeitet. Das heißt, dass die Firmen die unterschiedlichen Materialien für Katalysatoren ausprobieren oder zu verbessern versuchen, ohne zu wissen, was sich bei einem Prozess aus chemischer Sicht im Detail überhaupt abspielt und wie ein Katalysator eigentlich funktioniert“, sagt der Forscher.
Eigentlich wollte der heute 38-Jährige nach der Schule an der Boku Wien Forst- wirtschaft studieren. Die Hauptstadt sei ihm aber als Studienplatz aus damaliger Sicht geografisch dann doch zu weit von Innsbruck entfernt gewesen, und die Tiroler Berge wären ihm wahrscheinlich abgegangen. „Physik war mir wegen der vielen Mathematik immer zu abstrakt“, sagt der 38-jährige Chemiker. Nachdem er sich immer schon für die naturwissenschaftlichen Fächer interessiert habe, blieb schließlich die Chemie als Studium.
So führte ihn sein Weg an das Institut für Physikalische Chemie der Uni Innsbruck, wo er 2007 mit seiner Diplomarbeit sein Chemiestudium abschloss. Zum Doktor der Naturwissenschaften promovierte er, ebenfalls an der Uni Innsbruck, anno 2011 mit dem vertiefenden Dissertationsprojekt zu seinem Diplomarbeitsthema, und zwar der „Methanol-Dampf-Reformation am ModellKatalysator“.
In seiner Freizeit versucht Rameshan allerdings nicht an chemische Designs von Katalysatoren zu denken. Das gelingt ihm leicht. Einerseits bringt ihm eine Kletterhalle ein Stück weit das Gefühl der Tiroler Berge nach Wien. Andererseits wird er als Vater dreier Kleinkinder stets daran erinnert, dass es noch vieles mehr als Katalysatoren gibt.
wurde 1980 in Kufstein geboren und studierte Chemie an der Uni Innsbruck. Das Doktorratsstudium absolvierte er in Innsbruck und Berlin. Anschließend forschte er mit einem Erwin-Schrödinger-Stipendium des Wissenschaftsfonds FWF am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien. Seit 2013 arbeitet er als Universitätsassistent am Institut für Materialchemie der TU Wien.