{"id":100912,"date":"2021-11-24T07:26:00","date_gmt":"2021-11-24T06:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=100912"},"modified":"2021-11-19T12:45:06","modified_gmt":"2021-11-19T11:45:06","slug":"co2-aus-der-luft-als-rohstoff-fur-chemikalien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/co2-aus-der-luft-als-rohstoff-fur-chemikalien\/","title":{"rendered":"CO2 aus der Luft als Rohstoff f\u00fcr Chemikalien"},"content":{"rendered":"\n

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Einem Fraunhofer-Team ist es gelungen, mittels aus der Luft adsorbiertem CO2 einen Farbstoff herzustellen. Das Motiv: klima- und ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft. Neben Chemikalien lassen sich auch Kraftstoffe kosteneffizient herstellen. Wie verl\u00e4uft das technische Verfahren, und welche Chancen er\u00f6ffnen sich?<\/p>\n\n\n\n

Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, werden Zukunftstechnologien zur Verwertung von CO2 gesucht. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) hat dazu gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie im Rahmen des EU-Projekts CELBICON<\/a>1) ein bahnbrechendes Verfahren entwickelt: Sie setzen das klimasch\u00e4dliche CO2 kosteneffizient in Chemikalien und Kraftstoffe um.<\/p>\n\n\n\n

\u201eNationale und internationale Vereinbarungen zielen darauf ab, den Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix rapide zu erh\u00f6hen und die CO2-Emissionen einzud\u00e4mmen. Die Industrie steht unter Handlungsdruck\u201c, erl\u00e4utert Projektleiter L\u00e9n\u00e1rd-Istv\u00e1n Csepei die Motivation zu neuen L\u00f6sungsans\u00e4tzen. Durch den interdisziplin\u00e4ren Forschungsansatz konnte am Straubinger Standort des Fraunhofer IGB eine beispielhafte Prozesskette im Pilotma\u00dfstab demonstriert werden.<\/p>\n\n\n\n

Innovativer Dreisprung: CO2-Adsorption, Elektrochemie und Biotechnologie<\/h3>\n\n\n\n

Das Ziel des IGB-Teams: Die Entwicklung von innovativen CO2-to-Chemicals-Technologien<\/a>, bei denen aus Kohlendioxid Zwischenprodukte wie Ameisens\u00e4ure und Methanol hergestellt werden, die sie mithilfe von Bakterien durch Fermentation zu hochwertigen Chemikalien umwandeln.<\/p>\n\n\n\n

\u201eWir haben mit unserem Projektpartner Climeworks eine Kollektoranlage errichtet, die nach dem Ansaugen der Luft CO2 an einem Filter bindet\u201c, beschreibt Csepei den ersten Schritt der dreistufigen Prozesskette. Nachfolgend wird das Treibhausgas \u00fcber elektrochemische Reaktionen zu einfachen C1-Intermediaten umgewandelt, beispielsweise Ameisens\u00e4ure oder Methanol. \u201eF\u00fcr eine effiziente Konversion von CO2 und hohe Produktausbeute haben wir zun\u00e4chst im Laborma\u00dfstab verschiedene Katalysatoren gescreent und Parameter wie die Zusammensetzung der Elektrolyte optimiert\u201c, erg\u00e4nzt IGB-Wissenschaftlerin Dr. Luciana Vieira. Mit Erfolg: Das Fraunhofer-Team konnte unter Einsatz von zinnhaltigen Katalysatoren und phosphatbasierten Pufferelektrolyten die Prozesse optimieren und validieren.<\/p>\n\n\n\n

Dann der entscheidende Punkt: \u201eDie Herstellung dieser einfachen Verbindungen alleine ist allerdings nur begrenzt wirtschaftlich attraktiv, unter anderem aufgrund der schwankenden Verf\u00fcgbarkeit von regenerativ erzeugter elektrischer Energie, die f\u00fcr den elektrochemischen Prozess ben\u00f6tigt wird. Ein deutlicher wirtschaftlicher Mehrwert wird dann erreicht, wenn sich die einfachen Verbindungen kosteng\u00fcnstig in h\u00f6herwertige Produkte umsetzen lassen\u201c, erkl\u00e4rt Csepei den innovativen dritten Prozessschritt. Hauptakteure dabei: Bakterien.<\/p>\n\n\n\n

Elektrosynthese \u2013 eine Zwischenstation<\/h3>\n\n\n\n
\"Chemische
Die im CELBICON-Projekt am Fraunhofer IGB entwickelte Demonstrationsanlage synthetisiert Ameisens\u00e4ure aus atmosph\u00e4rischem CO2. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die mit regenerativem Strom betriebene Demonstratoranlage zur CO2-Umsetzung zu Ameisens\u00e4ure am Fraunhofer IGB in Stuttgart wird von Dr. Carsten Pietzka betreut. \u201eIn Elektrolysezellen l\u00e4sst sich CO2 \u00fcber elektrochemische Reaktionen zu einfachen Verbindungen umsetzen, beispielsweise zu Ameisens\u00e4ure\u201c, so der Ingenieur.<\/p>\n\n\n\n

Die Elektrosynthese wurde in einer Demonstratoranlage mit einer Elektrolysezelle und 100 cm2 Elektrodenfl\u00e4che mit 10 l Elektrolytvolumen bei einem Technologie-Reifegrad TLR42) demonstriert \u2013 mit interessantem Detail: \u201eEs lassen sich auch Elektrodenstapel, sogenannte Stacks, integrieren. Somit k\u00f6nnen wir die Produktionsrate an Ameisens\u00e4ure erh\u00f6hen und weitere Elektrolysezellen entwickeln\u201c, erkl\u00e4rt Pietzka.<\/p>\n\n\n\n

Bakterien f\u00fcr einen klima- und kosteneffizienten Produkt-Output<\/h3>\n\n\n\n

Die Zwischenprodukte Ameisens\u00e4ure oder Methanol werden als Substrat f\u00fcr methylotrophe Bakterien eingesetzt. Diese flei\u00dfigen Abnehmer nutzen C1-Intermediate wie Methanol oder Ameisens\u00e4ure als Kohlenstoff- und Energiequelle. \u201eIm nachfolgenden chemisch-biotechnologischen Verfahren k\u00f6nnen wir so aus den Produkten der Elektrosynthese hochwertige Chemikalien herstellen\u201c, erkl\u00e4rt Projektleiter Csepei. Ein wichtiger Aspekt, denn die generierten Chemikalien haben einen gro\u00dfen Wachstumsmarkt. Beispiele sind organische S\u00e4uren, die als Polymer-Bausteine zur Kunststoffherstellung verwendet werden k\u00f6nnen, oder Oligomere von Isopren als synthetische Drop-in-Kraftstoffe.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler am IGB verwenden ein Bakterium namens Methylorubrum extorquens<\/em>. <\/p>\n\n\n\n

\u201eDieses Bakterium kann \u00fcber seinen nat\u00fcrlichen Stoffwechsel Ameisens\u00e4ure zu Biomasse oder Wertprodukten umsetzen. Im CELBICON-Projekt wurde \u00fcber den mikrobiellen Terpenstoffwechsel ein roter Farbstoff produziert und aufgereinigt\u201c, erkl\u00e4rt der verantwortliche Wissenschaftler Dr. Jonathan Fabarius.<\/p>\n\n\n\n

\"Reagenzglas
Die in CELBICON etablierte Fermentation nutzt elektrochemisch erzeugte Ameisens\u00e4ure aus CO2 als Substrat. Es konnte ein wertsch\u00f6pfender terpenoider Farbstoff umgesetzt werden. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Ein entscheidender Entwicklungsschritt dabei: Der f\u00fcr die Elektrosynthese verwendete Elektrolyt, in dem die produzierte Ameisens\u00e4ure gel\u00f6st ist, darf weder toxisch f\u00fcr die Bakterien sein noch Enzyme hemmen. So kann er ohne vorherige Aufreinigung dem biotechnologischen Prozess zugef\u00fchrt werden. <\/p>\n\n\n\n

\u201eHerk\u00f6mmliche Verfahren ben\u00f6tigen neben viel Energie oft auch toxische Reagenzien und L\u00f6sungsmittel. Mit unserem Prozess k\u00f6nnen wir unter energieeffizienten und ungiftigen Bedingungen produzieren, denn die Fermentation durch Mikroorganismen erfolgt in w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen\u201c, f\u00fcgt Fabarius\u2018 Kollegin Viera hinzu.<\/p>\n\n\n\n

Fabarius nennt ein weiteres Ziel: \u201eWir optimieren die Stoffwechselwege und Enzyme, die f\u00fcr die Produkterzeugung ben\u00f6tigt werden, durch Metabolic Engineering weiter.\u201c Daf\u00fcr \u00fcbertragen die Wissenschaftler Gene in die Bakterien, die den Bauplan f\u00fcr spezielle Enzyme enthalten. Die daraufhin von den Mikroben produzierten Enzyme katalysieren die Herstellung eines bestimmten Produkts. Zus\u00e4tzlich k\u00f6nnen Gene, die diese Produktion negativ beeinflussen, gezielt unterdr\u00fcckt werden. \u201eSomit k\u00f6nnen wir die Produktpalette und -ausbeute und damit auch die Effizienz des Gesamtprozesses erh\u00f6hen. Und das komplett klimaneutral.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Am wertsch\u00f6pfenden Carbon Capture teilnehmen<\/h3>\n\n\n\n

Mehrere Aspekte versprechen geringe Investitions- und Betriebskosten f\u00fcr die gesamte Prozesskette: Die Nutzung von CO2 und regenerativer Energie f\u00fcr den Elektrosynthese-Schritt gew\u00e4hrleistet die Herstellung von regenerativen Zwischenprodukten. Die Nutzung von CO2 aus dezentralen Quellen hat sich f\u00fcr bisherige Anlagen nicht gelohnt. Mithilfe der neuen Verfahrenskette k\u00f6nnen Chemikalien mit hohem Marktwert auch in kleinen Mengen nun wirtschaftlich effektiv hergestellt werden.<\/p>\n\n\n\n

\u201eF\u00fcr eine industrielle Anwendung des Verfahrens ist ein weiteres Upscaling n\u00f6tig, wobei die Skalierungseffekte speziell untersucht werden m\u00fcssen. Hierf\u00fcr suchen wir F\u00f6rderm\u00f6glichkeiten auf nationaler und internationaler Ebene wie auch die direkte Kooperation mit Industriepartnern f\u00fcr die Katalysatoroptimierung und Prozessentwicklung in vollautomatisierten Pilotanlagen\u201c, erkl\u00e4rt Csepei das Zukunftspotenzial. <\/p>\n\n\n\n

Zus\u00e4tzlich erweitert das Fraunhofer-Team das Produktportfolio in Richtung Polymer-Bausteine und arbeitet an einer weiteren Optimierung der elektrochemischen Reaktion sowie des mikrobiellen Produktionsstamms.<\/p>\n\n\n\n

Das Fraunhofer IGB bietet zudem Expertise in der Durchf\u00fchrung techno\u00f6konomischer Studien, der Recherche und Analyse relevanter Patente und der Marktforschung. \u201eDurch derartige Studien k\u00f6nnen wir Firmen beim Technologie-Scouting und bei ihrer Positionierung im Bereich der boomenden Power-to-X-Technologien unterst\u00fctzen\u201c, so Csepei.<\/p>\n\n\n\n

Carbon Capture and Utilization-Technologien (CCU), wie das am Fraunhofer IGB entwickelte Verfahren, werden immer effizienter und erschwinglicher. Ein wegweisender Ansatz einer Kreislaufwirtschaft, um aus dem CO2-Abfall etwas Wertvolles zu machen.<\/p>\n\n\n\n

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1) CELBICON (Cost-effective CO2 conversion into chemicals via combination of Capture and ELectrochemical and BIochemical CONversion technologies), https:\/\/celbicon.org\/: Die Forschungsarbeiten wurden im Zuge des Rahmenprogramms f\u00fcr Forschung und Innovation Horizont 2020 der Europ\u00e4ischen Union f\u00fcr die Projektlaufzeit 2016 \u2013 2019 gef\u00f6rdert.<\/p>\n\n\n\n

2) TRL: Technologiereifegrad (Technology Readiness Level) zur Bewertung des Entwicklungsstands von neuen Technologien. Die am IGB mit TRL4 validierten Technologien werden in eine auf TRL5 betriebene Technologieplattform integriert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Einem Fraunhofer-Team ist es gelungen, mittels aus der Luft adsorbiertem CO2 einen Farbstoff herzustellen. Das Motiv: klima- und ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft. Neben Chemikalien lassen sich auch Kraftstoffe kosteneffizient herstellen. Wie verl\u00e4uft das technische Verfahren, und welche Chancen er\u00f6ffnen sich? Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, werden Zukunftstechnologien zur Verwertung von CO2 gesucht. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Nationale und internationale Vereinbarungen zielen darauf ab, den Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix rapide zu erh\u00f6hen und die CO2-Emissionen einzud\u00e4mmen. Die Industrie steht unter Handlungsdruck","footnotes":""},"categories":[5571],"tags":[12477,10744,14051,10743],"supplier":[649],"class_list":["post-100912","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-co2-based","tag-biochemikalien","tag-carboncapture","tag-energie","tag-useco2","supplier-fraunhofer-institut-fuer-grenzflaechen-und-bioverfahrenstechnik-igb"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/100912","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=100912"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/100912\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=100912"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=100912"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=100912"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=100912"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}