Energiespeicher und Rohstoff aus CO2
46 Millionen Tonnen CO2-Emissionen gingen im Jahr 2012 auf das Konto der chemisch-pharmazeutischen Industrie in Deutschland. Wissenschaftler der Universität Stuttgart, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt sowie der Firma Plinke (Bad Homburg) wollen das Treibhausgas mit Hilfe erneuerbarer Energien in Ameisensäure verwandeln und diese für die Energiespeicherung nutzen.
Die Diskussion, wie die europäischen Klimaziele (20% weniger Treibhausgasemissionen, 20% mehr Energieeffizienz, 20% erneuerbare Energien) bis zum Jahr 2020 zu erreichen sind, dreht sich meist um die Bereiche Energie und Verkehr. Aber auch kleinere Sektoren wie die chemisch-pharmazeutische Industrie können einen erheblichen Beitrag leisten, um den CO2-Footprint zu reduzieren. Zudem ist CO2 eine an Chemiestandorten gut verfügbare Quelle für Kohlenstoff, der als Rohstoff für verschiedene chemische Produkte genutzt werden kann und damit die Abhängigkeit von Öl-, Gas- und Biomasse-Importen mindert. Eines dieser Produkte ist die verbreitete Ameisensäure. Diese wird zum Beispiel in der Herstellung von Textilien und Lederwaren eingesetzt. Ihre Produktion bietet aber insbesondere auch die Möglichkeit, überschüssigen elektrischen Strom in chemischer Form zu speichern. Sobald wiederum ein Bedarf an Strom besteht, kann die Ameisensäure leicht in Wasserstoff und CO2 zersetzt werden und der entstehende Wasserstoff zum Beispiel in einer Brennstoffzelle rückverstromt werden.
Wissenschaftler des Instituts für Technische Chemie der Universität Stuttgart, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt sowie der Firma Plinke haben sich nun zusammengetan, um ein energieeffizientes elektrochemisches Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure aus CO2-Emissionen zu erforschen. Ziel des vom Bundeswirtschaftsministerium mit 1,5 Millionen Euro geförderten Projekts mit dem Titel „Energieeffiziente Elektrochemie im Mikroreaktor 2.0“ (EnElMi 2.0) ist es, hierzu regenerative Energien wie Photovoltaik oder Windkraft zu nutzen und gleichzeitig ein Speichermedium für diese Energien zu entwickeln. „Damit leistet das Projekt nicht nur einen kleinen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele, sondern insbesondere auch zur Umsetzung der Energiewende, die auf neue Speichertechnologien dringend angewiesen ist“, sagt Prof. Elias Klemm, Leiter des Instituts für Technische Chemie der Universität Stuttgart und Projektkoordinator von EnElMi 2.0.
Die elektrochemische Umwandlung von CO2 in Ameisensäure soll in Mikroreaktoren erfolgen, was das Verfahren besonders energieeffizient macht. Die technische Machbarkeit eines solchen Verfahrens sowie Konzepte für die Reaktoren haben die Stuttgarter Wissenschaftler bereits in einem Vorgängerprojekt beschrieben. Im weiteren Verlauf setzen die Wissenschaftler auf einen Reaktoraufbau aus Acrylglas (Polymethylmethacrylat), mit dem sich bereits knapp 1,5 kg CO2 je
Stunde und Quadratmeter Elektrodenfläche umsetzen lassen, was einer Stromdichte von 200 Milliampère pro Quadratzentimeter (mA/cm2) entspricht. Ein großes Optimierungspotential besteht noch in der Herstellung und Entwicklung der verwendeten Elektroden und den darin enthaltenen Katalysatoren, an denen das CO2 zu Ameisensäure umgesetzt wird. Diesem soll im Folgeprojekt ein besonderes Augenmerk gelten, da sie darüber entscheiden, wieviel CO2 im Reaktor umgewandelt werden kann und wie effizient dies geschieht. Da das Verfahren eine wirtschaftliche Lösung für die Verwertung von CO2 schaffen kann, ist es insbesondere auch für kleine und mittlere Unternehmen interessant, die in der chemisch-pharmazeutischen Industrie die große Mehrheit bilden. Mit der Firma Plinke soll im Rahmen des Projekts eine Containeranlage entwickelt werden, die mobil und flexibel bei interessierten Kunden getestet werden kann.
Originalveröffentlichung
D. Kopljar, A. Inan, P. Vindayer, R. Scholz, N. Frangos, N. Wagner, E. Klemm; "Entwicklung und Einsatz von Gasdiffusionselektroden zur elektrochemischen Reduktion von CO2"; Chem. Ing. Tech.; 2015, 87, 855.
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