{"id":126354,"date":"2023-05-05T07:13:00","date_gmt":"2023-05-05T05:13:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=126354"},"modified":"2023-05-03T13:15:36","modified_gmt":"2023-05-03T11:15:36","slug":"co%e2%82%82-recycling-welche-rolle-spielt-der-elektrolyt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/co%e2%82%82-recycling-welche-rolle-spielt-der-elektrolyt\/","title":{"rendered":"CO\u2082-Recycling: Welche Rolle spielt der Elektrolyt?"},"content":{"rendered":"\n\n\n
\"Die
Die EDX-Messung zeigt, dass sich bei h\u00f6herer Konzentration von gel\u00f6sten Kaliumverbindungen im Elektrolyten Kalium-Kristalle an der Kathode (rechts oben) ablagern. \u00a9 HZB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid l\u00e4sst sich durch Elektrolyse zu n\u00fctzlichen Kohlenwasserstoffen umwandeln. Das Design der Elektrolysezelle ist dabei entscheidend. F\u00fcr industrielle Prozesse eignet sich vor allem die so genannte Zero-Gap-Zelle. Doch noch gibt es Probleme: Die Kathoden verstopfen schnell. Nun hat ein Team um Dr. Matthew Mayer am HZB untersucht, woran dies liegt und wie sich dieser unerw\u00fcnschte Prozess verhindern l\u00e4sst.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bei der Verbrennung von Erd\u00f6l, Kohle oder Erdgas entsteht Kohlenstoffdioxid oder CO2<\/sub>. Dieses Gas treibt einerseits die globale Erw\u00e4rmung voran, ist aber auch selbst ein Rohstoff. Technisch ist es m\u00f6glich, CO2<\/sub> zu n\u00fctzlichen Kohlenstoffverbindungen umzuwandeln, allerdings ben\u00f6tigt dieser Prozess Energie, Wasser, geeignete Elektroden sowie spezielle Katalysatoren. CO2<\/sub> kann elektrochemisch zu Kohlenmonoxid, Formiat oder Methan umgewandelt werden, aber auch zu Ethylen, Propanol, Acetat und Ethanol. Industrielle Prozesse m\u00fcssen jedoch so gestaltet werden, dass sie hoch selektiv und extrem effizient sind, so dass ausschlie\u00dflich die gew\u00fcnschten Produkte entstehen (und nicht etwa ein Gemisch von Produkten). <\/p>\n\n\n\n

CO2<\/sub> wieder in Brennstoff umwandeln <\/strong><\/h3>\n\n\n\n

\u201eDurch die elektrolytische Reduktion von CO2<\/sub> zu n\u00fctzlichen Kohlenwasserstoffen k\u00f6nnen wir neue Brennstoffe erzeugen, ohne nochmals fossile Ressourcen zu brauchen. Wir f\u00fchren das CO2<\/sub> sozusagen in den Kreislauf zur\u00fcck, wie beim Recycling\u201c, erl\u00e4utert Dr. Matthew Mayer, der am HZB die Helmholtz-Nachwuchsgruppe \u201eElektrochemische Konversion\u201d leitet. Die elektrische Energie f\u00fcr die Elektrolyse kann dabei aus Wind oder Sonne kommen.<\/p>\n\n\n\n

Die Zelle \u201eohne L\u00fccke\u201c: <\/strong><\/h3>\n\n\n\n
\"Der
Der Aufbau der \u201eZero-Gap\u201c-Elektrolysezelle. \u00a9 HZB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Aus der Schule kennt man Elektrolysezellen, die wie ein Wasserbecken aussehen, eine Weiterentwicklung davon ist die H-Zelle, die wie der Buchstabe H geformt ist. Industrietauglich sind solche Zellen jedoch nicht. Stattdessen setzt man f\u00fcr das Design von industriellen Elektrolyseuren auf eine Sandwich-Architektur aus mehreren Schichten: Rechts und links die Elektroden, die den Strom leiten und mit Katalsysatoren beschichtet sind, eine Kupferbasierte Gasdiffusionsschicht, die das CO2<\/sub>– Gas einl\u00e4sst, sowie eine Trennmembran. Der Elektrolyt (hier an der Anode zugef\u00fchrt und als Anolyt bezeichnet) besteht aus gel\u00f6sten Kaliumverbindungen und erm\u00f6glicht den Ionen, zwischen den Elektroden zu wandern. Die Membran ist daf\u00fcr ausgelegt, negativ geladene Ionen durchzulassen, und positiv geladene Kalium-Ionen zu blockieren. <\/p>\n\n\n\n

Das Problem: Kalium-Kristalle aus dem Elektrolyten<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Dennoch gelangen Kalium-Ionen aus dem Elektrolyten durch die Membran und bilden winzige Kristalle an der Kathode, die die Poren verstopfen. \u201eDas sollte nicht passieren\u201c, sagt Flora Haun, Doktorandin im Team von Matthew Mayer. Mit Rasterelektronenmikroskopie und weiteren Charakterisierungsmethoden hat das Team den Prozess der Kristallbildung an der Kathode eingehend untersucht, wobei sie systematisch die Konzentration des Elektrolyten variierten. <\/p>\n\n\n\n

Je mehr Kalium der Elektrolyt enth\u00e4lt, desto mehr verstopft die Kathode, zeigten die Untersuchungen. Doch die L\u00f6sung des Problems ist nicht einfach: Denn wenn man die Kalium-Konzentration reduziert, verschiebt sich damit auch das Reaktionsgleichgewicht: Statt dem gew\u00fcnschten Ethylen entsteht Kohlenmonoxid. <\/p>\n\n\n\n

Die Konzentration ist entscheidend<\/h3>\n\n\n\n

\u201eDie wichtigste Beobachtung ist, dass Kationen die Anionenaustauschmembran doch durchdringen k\u00f6nnen, allerdings in einem Ausma\u00df, das von der Konzentration des Elektrolyten abh\u00e4ngt, und dass wir mit der Konzentration des Elektrolyten gleichzeitig regeln, welche Produkte sich aus dem CO2<\/sub> bilden\u201c, sagt Dr. Gumaa El Nagar, Postdoktorand im Team. \u201eIm n\u00e4chsten Schritt wollen wir mit operando und in situ Messungen an R\u00f6ntgenquellen herausfinden, wie die Ionenwanderung in der Zelle die chemischen Reaktionsprozesse im Detail beeinflussen\u201c, sagt Matthew Mayer.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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