{"id":124457,"date":"2023-03-27T07:32:00","date_gmt":"2023-03-27T05:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=124457"},"modified":"2023-03-22T14:47:58","modified_gmt":"2023-03-22T13:47:58","slug":"co2-elektrolyse-statt-kohle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/co2-elektrolyse-statt-kohle\/","title":{"rendered":"CO2-Elektrolyse statt Kohle"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Die Braunkohle im Rheinischen Revier dient nicht nur der Stromerzeugung. Sie wird auch von der chemischen Industrie genutzt, um wichtige Grundchemikalien herzustellen. Doch sp\u00e4testens nach dem Kohlestopp m\u00fcssen diese auf anderen Wegen gewonnen werden. Ein Beispiel ist Kohlenmonoxid, kurz: CO, das f\u00fcr die Produktion von Kunststoffen und Essigs\u00e4ure verwendet wird. Wissenschaftler vom Forschungszentrum J\u00fclich arbeiten hierzu an einer klimafreundlichen Technik, die auf erneuerbar erzeugtem Strom basiert. Mittels CO2<\/sub>-Elektrolyse wird dabei klimasch\u00e4dliches CO2<\/sub>\u00a0direkt in Kohlenmonoxid umgewandelt. Eine wichtige H\u00fcrde haben die Forscher nun genommen und einen skalierbaren Zell-Stack f\u00fcr gro\u00dftechnische Anwendungen entwickelt.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"Nach
Nach dem Kohleausstieg m\u00fcssen Grundchemikalien wie Kohlenmonoxid auf anderen Wegen gewonnen werden, etwa mittels CO2-Elektroyse und erneuerbaren Energien. <\/em>\u00a9 <\/em>Forschungszentrum J\u00fclich \/ Sascha Kreklau<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Arbeiten sind Teil des Strukturwandelprojekts iNEW, das die Entstehung und Sicherung von Arbeitspl\u00e4tzen im Rheinischen Revier vorantreiben soll. \u201eCO muss von der Industrie meist gro\u00dftechnisch vor Ort hergestellt werden. Es l\u00e4sst sich nur schwierig transportieren, denn es handelt sich um ein giftiges und hochentz\u00fcndliches Gas\u201c, erkl\u00e4rt Maximilian Quentmeier, Doktorand am J\u00fclicher Institut f\u00fcr Energie- und Klimaforschung (IEK-9)<\/a>. Standardm\u00e4\u00dfig wird dazu Kohle mit sehr wenig Sauerstoff verbrannt. Doch sp\u00e4testens nach dem Kohlestopp m\u00fcssen andere Verfahrenswege her. Denn als Basischemikalie wird CO weiterhin ben\u00f6tigt, unter anderem f\u00fcr die Produktion von Polycarbonaten und Polyurethanen, aus denen beispielsweise Brillengl\u00e4ser und D\u00e4mmplatten hergestellt werden.<\/p>\n\n\n\n

Gemeinsam mit seinem Betreuer Bernhard Schmid arbeitet Quentmeier daf\u00fcr an einem Verfahren, das auch als CO2<\/sub>-zu-CO-Elektrolyse bezeichnet wird. Der Ansatz greift auf eine sogenannte Gasdiffusionselektrode zur\u00fcck: eine por\u00f6se Elektrode, die an der R\u00fcckseite mit CO2<\/sub> umsp\u00fclt wird und an der Vorderseite an einen fl\u00fcssigen oder festen Elektrolyten angrenzt. Die Elektrode bringt die beiden Medien und den elektrischen Strom zusammen und sorgt so daf\u00fcr, dass am Ende \u201egr\u00fcnes\u201c Kohlenmonoxid, CO, entsteht. <\/p>\n\n\n\n

Klimanegativer Pfad m\u00f6glich<\/h3>\n\n\n\n

Das Verfahren ist nicht nur interessant f\u00fcr die Chemieindustrie, es ist auch gut f\u00fcrs Klima. <\/p>\n\n\n\n

\u201eEntsprechende Anlagen arbeiten klimaneutral, wenn sie mit gr\u00fcnem Strom betrieben werden. Zieht man das Kohlendioxid aus der Atmosph\u00e4re, beispielsweise mittels Direct Air Capture oder entnimmt es aus Biogasanlagen, ist die Technik sogar potenziell klimanegativ\u201c, erl\u00e4utert Bernhard Schmid<\/strong>.\u00a0<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Unterm Strich k\u00f6nnte die Technologie also dazu beitragen, die CO2<\/sub>-Konzentration in der Atmosph\u00e4re aktiv zu verringern. \u201eIm Prinzip w\u00e4ren so Kunststoffe machbar, die als Kohlenstoffsenke dienen \u2013 praktisch eine Art k\u00fcnstliches Holz, das atmosph\u00e4rischen Kohlenstoff enth\u00e4lt und einspeichert, wenn es verbaut wird\u201c, so Schmid.<\/p>\n\n\n\n

\"Bernhard
Bernhard Schmid (l.) und Maximilian Quentmeier (r.) mit dem von ihnen entwickelten Stack f\u00fcr die CO2-Elektrolyse. \u00a9 Forschungszentrum J\u00fclich \/ Ralf-Uwe Limbach<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Meilenstein zur Praxisreife erreicht<\/h3>\n\n\n\n

Einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur praktischen Anwendung haben Quentmeier und Schmid bereits erreicht. Sie haben das Konzept durch zahlreiche Verbesserungen und den Austausch von Komponenten bis zur Stackreife getriebn und in ersten Leistungstests erprobt. Die Ergebnisse der Forschung wurden k\u00fcrzlich im renommierten Fachmagazin ACS Sustainable Chemical Engineering<\/em><\/a> vorgestellt.<\/p>\n\n\n\n

In einem Stack werden handliche Zellen kompakt aufeinandergestapelt. In dieser Form sind sie deutlich einfacher herzustellen und zu betreiben als eine gro\u00dfe Einzelzelle, was die Anlage viel g\u00fcnstiger macht. <\/p>\n\n\n\n

\u201eBeim Aufbau eines solchen Stacks sind mehrere Dinge zu beachten. Die Zellen f\u00fcr die Gasreaktion weisen naturgem\u00e4\u00df viele Hohlr\u00e4ume auf. Diese m\u00fcssen dem Druck standhalten und gleichzeitig maximal durchl\u00e4ssig sein\u201c, erkl\u00e4rt Maximilian Quentmeier<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

\"Blick<\/a>
\u00a0Blick in den Zellstack: ein kosteng\u00fcnstiger Elektrolyt aus Kunstharz verleiht der Zelle zus\u00e4tzliche Stabilit\u00e4t. \u00a9 Forschungszentrum J\u00fclich \/ Ralf-Uwe Limbach<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Unter Prozessbedingungen haben die J\u00fclicher Forscher dazu das Design des Gas- und Stromverteilers optimiert. Als st\u00fctzendes Element kommt anstelle des \u00fcblicherweise fl\u00fcssigen ein fester Elektrolyt aus leitf\u00e4higem Kunstharz zum Einsatz, der den Zellen zus\u00e4tzlich Stabilit\u00e4t verleiht. Hohlr\u00e4ume, die typischerweise zwischen Membran und Anode auftreten, konnten die Forscher durch ein geschicktes Anoden-Design g\u00e4nzlich eliminieren. Angrenzende positive und negative Elektroden, Kathode und Anode, wurden f\u00fcr den Stack zudem durch ein einziges Bauteil ersetzt, das sich zwei Zellen teilen.<\/p>\n\n\n\n

In einem Versuchsaufbau mit modularen Laborbauteilen, die noch nicht auf Effizienz getrimmt sind, erzielt der Stack einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. <\/p>\n\n\n\n

\u201eF\u00fcr diesen Prozesstyp, der schon bei unter 100 Grad Celsius abl\u00e4uft, ist das bereits ein sehr vielversprechender Wert\u201c, erkl\u00e4rt Institutsdirektor Prof. R\u00fcdiger-A. Eichel<\/strong>. \u201eAnders als etwa bei der Hochtemperatur-Ko-Elektrolyse, f\u00e4llt hier bei einem vergleichsweise unkomplizierten Anlagen-Aufbau kein Synthesegas, sondern direkt reines Kohlenmonoxid an, was die Weiterverarbeitung f\u00fcr viele Anwendungsf\u00e4lle vereinfacht. F\u00fcr Industriebetriebe im Rheinischen Revier kann CO damit als Basischemikalie dezentral bereitgestellt werden, ohne aufw\u00e4ndige Transporte durchf\u00fchren zu m\u00fcssen\u201c, so Eichel<\/strong>. <\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Als n\u00e4chste Schritte stehen nun weitere Entwicklungen und Effizienzverbesserungen auf dem Plan, um dem Zellstapel den letzten Schliff f\u00fcr die Serienreife zu geben.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Originalpublikation<\/h3>\n\n\n\n

Toward a Stackable CO2-to-CO Electrolyzer Cell Design – Impact of Media Flow Optimization; Maximilian Quentmeier, Bernhard Schmid, Hermann Tempel, Hans Kungl, R\u00fcdiger-A. Eichel; ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023)<\/em>, DOI:\u00a010.1021\/acssuschemeng.2c05539<\/a><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Strukturwandelprojekt iNEW<\/h3>\n\n\n\n

Die Nutzung Erneuerbarer Energien f\u00fcr klimafreundliche Produktionsprozesse ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg in die treibhausgasneutrale Zukunft Nordrhein-Westfalens. Wie kann das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2<\/sub>) industriell genutzt und zur Chance f\u00fcr eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft im Rheinischen Revier werden? Dies ist eine der Kernfragen des Projekts iNEW (Inkubator Nachhaltige Elektrochemische Wertsch\u00f6pfungsketten), das vom Forschungszentrum J\u00fclich koordiniert wird. Nach dem erfolgreichen Start im Jahr 2019 ging die Innovationsplattform iNEW 2.0 im Jahr 2021 in die zweite F\u00f6rderphase und wird bis zum Jahr 2024 mit rund 24 Millionen Euro durch das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) gef\u00f6rdert und durch das Ministerium f\u00fcr Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie (MWIKE) des Landes Nordrhein-Westfalen unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

Mehr erfahren …<\/strong><\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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