CO2 nutzbar machen – hochauflösende Neutronenaufnahmen zeigen Verbesserungspotential der CO2-Elektrolyse auf

Die CO₂-Elektrolyse verspricht schädliches CO₂ mit Hilfe erneuerbarer Energie in nutzbare Chemikalien wie Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Ethylenglykol umzuwandeln. Diese können wiederrum als Ausgangschemikalie für Alkohole, synthetische Kraftstoffe oder Kunststoffe dienen und sind damit der Schlüssel zur „De-Fossilisierung“ der Chemieindustrie.

In der CO₂-Elektrolyse werden analog zur Wasser-Elektrolyse, also der Wasserstoff-Herstellung, an zwei durch eine Membran getrennten Elektroden elektrochemische Reaktionen betrieben. Dadurch wird kontinuierlich CO₂ in CO umgewandelt. Die Entwicklung kann sich daher auf Vorerfahrungen mit der Wasser-Elektrolyse und mit der Brennstoffzelle stützen – also der Rückverstromung des Wasserstoffs z.B. im Antrieb eines LKW. Denn die Kathoden-Elektrode ist ähnlich wie in der Brennstoffzelle als sogenannte Gas-Diffusions-Elektrode ausgelegt. Anders als in der Brennstoffzelle jedoch kann bei der CO₂-Elektrolyse die Gas-Diffusion durch Salzbildung behindert werden. Diese Salze entstehen als ungewünschtes Nebenprodukt und verhindern, dass das CO₂ zum Katalysator gelangt und in CO umgewandelt wird. Diese Salzbildung war bereits bekannt, jedoch wurde sie bisher noch nicht im Betrieb in der Zelle nachgewiesen.

In einer Kooperation mit der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz der Technischen Universität München (TUM) und dem CNRS Grenoble konnte die Forschungsgruppe „Elektrochemische Energiesysteme” der Universität Freiburg, nun erstmals hochauflösend zeigen, wie die Salzbildung in der Elektrode stattfindet. Damit können nun weitere Schritte unternommen werden, die die Salzbildung unterbinden und damit eine konstante hohe Effizienz erreicht werden kann.

Die im Journal Nature Communications erschienenen Studie kann als Paradebeispiel für europäische interdisziplinäre Zusammenarbeit gesehen werden: Während die elektrochemischen Experimente an der Universität Freiburg entwickelt wurden, steuerten Wissenschaftler der TUM einen Neutronen-Detektor mit Rekord-Auflösung bei. Schließlich wurden in Grenoble alle Bausteine zusammengesetzt, denn dort wurden am CNRS-Neutronen-Reaktor die CO₂-Elektrolyse-Experimente aufgebaut und mit dem Münchner Detektor vermessen.

Quelle: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33694-y

Kontakt

Dr. Severin Vierrath
Leiter der Junior Research Group „Elektrochemische Energiesysteme”

IMTEK – Institut für Mikrosystemtechnik
Universität Freiburg
Georges-Köhler-Allee 103
79110 Freiburg

FIT – Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien
Universität Freiburg
Georges-Köhler-Allee 105
79110 Freiburg

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E-Mail: severin.vierrath[a]imtek.uni-freiburg.de
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