{"id":112535,"date":"2022-04-08T07:21:00","date_gmt":"2022-04-08T05:21:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=112535"},"modified":"2022-07-11T15:56:30","modified_gmt":"2022-07-11T13:56:30","slug":"den-kohlenstoffkreislauf-via-elektrolyse-schliesen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/den-kohlenstoffkreislauf-via-elektrolyse-schliesen\/","title":{"rendered":"Den Kohlenstoffkreislauf via Elektrolyse schlie\u00dfen"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Forschende<\/a>
Forschende des Fraunhofer UMSICHT, der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum und der RWTH Aachen haben untersucht, wie sich die Performance von Zero-Gap Elektrolyseuren steigern l\u00e4sst. \u00a9 Fraunhofer UMSICHT\/Kevinjeorjios Pellumbi<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das CO2<\/sub> in unserer Atmosph\u00e4re elektrochemisch reduzieren und als Basis f\u00fcr chemische Produkte nutzen \u2013 dieses Ziel haben sich zahlreiche Projekte in Industrie und Forschung gesetzt. Im Fokus stehen dabei nicht l\u00e4nger die Entwicklung neuer Katalysatoren und Elektroden, sondern Skalierbarkeit und Optimierung vorhandener elektrolytischer Systeme. Eines dieser Systeme \u2013 den sogenannten Zero-Gap Elektrolyseur \u2013 haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT, der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum und der RWTH Aachen genauer angesehen. Ergebnis: Sie konnten sowohl die Stabilit\u00e4t des Elektrolyseurs als auch den faradayschen Wirkungsgrad f\u00fcr das produzierte CO \u00fcber l\u00e4ngere Zeit verbessern. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00bbVia Elektrolyse l\u00e4sst sich CO2<\/sub>\u00a0aus Abgasen oder der Atmosph\u00e4re in Produkte umwandeln, die f\u00fcr die Chemiebranche sehr wichtig sind \u2013 von Kohlenstoffmonoxid \u00fcber Ameisens\u00e4ure bis zu Kohlenwasserstoffen und Alkoholen\u00ab, erl\u00e4utert Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel von der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum und dem Fraunhofer UMSICHT<\/strong>. \u00bbMit dem wachsenden Interesse der Industrie an diesem Prozess hat sich auch der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit an Elektrolyseuren verschoben: Die Konzentration liegt weniger auf Designs mit fl\u00fcssigen Elektrolyten als auf Gas-gespeisten Systemen wie den Zero-Gap Elektrolyseuren.\u00ab Ihr Vorteil: Sie sind energieeffizienter und gut skalierbar.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Bei Zero-Gap Elektrolyseuren kommt ein Festk\u00f6rperelektrolyt zum Einsatz: eine Membran, die Ionen austauscht sowie zwischen Kathode und Anode angeordnet ist. Dadurch kann \u2013 anders als bei auf Fl\u00fcssigelektrolyten basierenden Elektrolyseuren \u2013 auf einen fl\u00fcssigen Katholyten verzichtet werden. Stattdessen wird der Kathode befeuchtetes CO2<\/sub> zugef\u00fchrt, das die notwendigen Protonen f\u00fcr die CO2<\/sub>-Reduktion liefert. Zudem wird aufgrund des geringen Abstandes zwischen den Elektroden der ohmsche Widerstand der Gesamtzelle minimiert. <\/p>\n\n\n\n

\u00bbAll das f\u00fchrt dazu, dass Zero-Gap-Konstruktionen hohe Teilstromdichten sowie eine hohe Prozessstabilit\u00e4t erreichen\u00ab, sagt Dr. Kai junge Puring vom Fraunhofer UMSICHT<\/strong>. \u00bbDas bedeutet, dass wir mehr CO2<\/sub>\u00a0auf einmal umwandeln k\u00f6nnen und die Elektroden diesen Betrieb auch l\u00e4nger aufrechterhalten.\u00ab<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Noch in einem fr\u00fchen Stadium: Die industrielle Anwendung Gas-gespeister Elektrolyseure f\u00fcr die CO2<\/sub>-Reduktion<\/h3>\n\n\n\n

Trotz dieser Vorteile befindet sich die industrielle Anwendung Gas-gespeister Elektrolyseure f\u00fcr die CO2<\/sub>-Reduktion noch in einem fr\u00fchen Stadium. Gerade mit Blick auf Prozessparameter wie Zelltemperatur oder -kompression besteht noch Forschungsbedarf. <\/p>\n\n\n\n

\u00bbDas gilt auch f\u00fcr die Montage der Zellen\u00ab, so Dr. junge Puring<\/strong>. \u00bbBislang fehlt es an einer allgemeing\u00fcltigen Anleitung: Jede Gruppe in Forschung und Industrie, die sich mit Zero-Gap Elektrolyseuren befasst, muss den optimalen Wirkungsgrad der Zelle via Trial-and-Error in Zell- und Elektrolyseurkonstruktion selbst\u00e4ndig ermitteln.\u00ab<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Bei den Themen Zellaufbau und Prozessparameter haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT, der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum und der RWTH Aachen angesetzt. Ihr Augenmerk lag insbesondere auf Auswirkungen verschiedener Gaszufuhrorientierungen, der Kompression der Zellkomponenten sowie der Temperatur und der Feuchtigkeit des CO2<\/sub>-Gases auf die Effizienz der CO2<\/sub>-Reduktion. Zielsetzung: \u00bbWir wollen auf Schl\u00fcsselfaktoren in Zero-Gap-Systemen hinweisen und so die Entwicklung von Katalysatoren und Zellkonzepten auf reproduzierbarere Weise beschleunigen\u00ab, erl\u00e4utert Prof. Apfel. \u00bbDar\u00fcber hinaus soll unsere Arbeit als Ausgangspunkt dienen, um einen Leitfaden f\u00fcr die Betriebsparameter der Elektrolyse in der Gasphase zu erstellen.\u00ab<\/p>\n\n\n\n

Wassermanagement als Schl\u00fcsselparameter<\/h3>\n\n\n\n

Konkret konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch eine schrittweise Optimierung eines Elektrolyseurs die Stabilit\u00e4t bis zu 10 h bei 3 V und 300 mA cm-2<\/sup> um den Faktor drei verbessern. Die faradaysche Effizienz f\u00fcr CO nach zwei Stunden Elektrolyse wurde von 14% auf \u00fcber 60% gesteigert. Dabei war die Steuerung des Wassermanagements ein Schl\u00fcsselparameter, da eine hohe Wasserzufuhr zu einer \u00dcberflutung der Elektroden f\u00fchrt, w\u00e4hrend niedrigere Werte die Leistung der Anionenaustauschmembran verringern und die Katalysatorbenetzung reduzieren. Weiterhin zeigte sich, dass einfache Ver\u00e4nderungen wie die Ausrichtung der Elektrolysezelle einen dramatischen Einfluss auf dessen Performance haben.<\/p>\n\n\n\n

Den Weg zu diesen Ergebnissen haben die Forschenden im Artikel \u00bbHidden Parameters for the Electrochemical CO2<\/sub>-Reduction in Zero-Gap Electrolyzers\u00ab dokumentiert, der im Open-Access-Journal \u00bbCell Report Physical Science<\/em>\u00ab erschienen ist. Nachzulesen unter\u00a0https:\/\/s.fhg.de\/rY5<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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