Reaktoren vor Ort könnten CO₂ kostengünstig in wertvolle Chemikalien umwandeln

"Ich bin begeistert von dem Potenzial dieser Technologie"

10.10.2022 - Kanada

Eine neue, an der University of Waterloo entwickelte Technologie könnte im Kampf gegen den Klimawandel einen wichtigen Beitrag leisten, indem sie schädliches Kohlendioxid (CO₂) kostengünstig in Kraftstoffe und andere wertvolle Chemikalien im industriellen Maßstab umwandelt.

In einer in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlichten Studie wird beschrieben, dass das System zehnmal mehr Kohlenmonoxid (CO) erzeugt - das zur Herstellung von Ethanol, Methan und anderen erwünschten Stoffen verwendet werden kann - als die bestehenden Technologien in kleinem Maßstab, die derzeit nur in Labors getestet werden.

Die einzelnen Zellen können auch zu Reaktoren beliebiger Größe gestapelt werden, was die Technologie zu einer anpassbaren, wirtschaftlich tragfähigen Lösung macht, die beispielsweise direkt vor Ort in Fabriken mit CO₂-Emissionen installiert werden könnte.

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"Dies ist eine wichtige Brücke, um die CO₂-Labortechnologie mit industriellen Anwendungen zu verbinden", so Dr. Zhongwei Chen, Professor für Chemieingenieurwesen in Waterloo. "Ohne diese Brücke ist es für materialbasierte Technologien sehr schwierig, kommerziell genutzt zu werden, weil sie einfach zu teuer sind.

Das System besteht aus so genannten Elektrolyseuren, die CO₂, ein wichtiges Treibhausgas, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, mithilfe von Wasser und Strom in CO umwandeln.

Die von den Forschern entwickelten Elektrolyseure verfügen über neue Elektroden und eine neue Art von Elektrolyt auf Flüssigkeitsbasis, der mit CO₂ gesättigt ist und durch die Geräte fließt, um durch eine elektrochemische Reaktion in CO umgewandelt zu werden.

Bei ihren Elektrolyseuren handelt es sich im Wesentlichen um 10 mal 10 Zentimeter große Zellen, die um ein Vielfaches größer sind als bestehende Geräte und die in Reaktoren beliebiger Größe gestapelt und konfiguriert werden können.

"Dies ist ein völlig neues Modell für einen CO₂-Reaktor", so Chen, Inhaber des Canada Research Chair in Advanced Materials for Clean Energy. "Es macht den gesamten Prozess für die Industrialisierung wirtschaftlich tragfähig und kann an spezifische Anforderungen angepasst werden."

Die Forscher stellen sich Vor-Ort-Reaktoren in Kohlekraftwerken und Fabriken vor, vielleicht in der Größe eines Hauses oder mehr, die direkt mit CO₂-Emissionen gespeist würden, was die Kosten weiter senken würde, da das CO₂ nicht erst abgeschieden und gesammelt werden müsste.

Es werden auch Pläne entwickelt, die Reaktoren mit erneuerbaren Energiequellen vor Ort zu betreiben, z. B. mit Sonnenkollektoren, was ebenfalls zum Umweltnutzen beiträgt.

"Ich bin begeistert von dem Potenzial dieser Technologie", sagte Chen. "Wenn wir wirklich etwas bewirken wollen, indem wir die Emissionen reduzieren, müssen wir uns darauf konzentrieren, die Kosten zu senken, um sie erschwinglich zu machen.

Zu Chens Mitarbeitern in Waterloo gehörten die Postdoktorandin Dr. Guobin Wen und die Professoren für Chemieingenieurwesen Dr. Aiping Yu und Dr. Jeff Gostick. Mehrere Forscher der South China Normal University leisteten ebenfalls einen Beitrag.

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