GAMES - Gasdiffusionselektroden für gekoppelte mikrobielle-elektrochemische-Synthesen aus CO2

Motivation/Hintergrund

Die elektrochemische Synthese ausgehend von CO₂ bietet die Möglichkeit, temporär oder lokal überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen in Form von chemischer Energie zu speichern. Bei dieser Umsetzung können unterschiedliche Kohlenstoff-basierte Verbindungen aus CO₂ erhalten werden. Zu den wirtschaftlich darstellbaren Produkten zählen derzeit nur C1-Verbindungen wie beispielsweise Kohlenmonoxid. Ein weiteres Produkt stellt Ameisensäure/Formiat dar. Um an die Speicherung elektrischer Energie durch CO₂-Reduktion eine wertschöpfende Synthese höherwertiger Verbindungen anzuschließen, kann das elektrochemisch hergestellte Formiat von Mikroorganismen weiter umgesetzt werden. Die Kopplung von elektrochemischer Formiat-Produktion und dessen direkt anschließende mikrobielle Umwandlung zu PHB (Polyhydroxybuttersäure), sogenannter Bioplastik, konnte bereits in einem vorangegangenen Projekt (Mikrobielle Elektrosynthesen) exemplarisch im Labormaßstab demonstriert werden.[1]

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Projektes GAMES verfolgen fünf Partner die industrielle Umsetzung der elektrochemischen CO₂-Reduktion zu Formiat mit anschließender mikrobieller Umwandlung zu technisch relevanten Wertstoffen. Dafür sollen der elektrochemische und mikrobiologische Teilprozess unter verfahrenstechnischen Aspekten optimiert und zur Realisierung eines möglichst Energie- und Kohlenstoff-effizienten Gesamtprozesses bestmöglich aufeinander abgestimmt werden. Hierfür werden am DECHEMA-Forschungsinstitut zur Etablierung einer biokompatiblen Drop-in Elektrolyse unter anderem die Bestandteile der Elektrolyse-Zelle, wie beispielsweise die Gasdiffusionselektrode an der die CO₂-Reduktion zu Formiat stattfindet, sowie die Elektrolyse-Bedingungen angepasst. Final soll das elektrochemisch produzierte Formiat direkt in einem biotechnologischen Folgeschritt eingesetzt werden können.

[1] M. Stöckl, S. Harms, I. Dinges, S. Dimitrova, D. Holtmann, From CO2 to Bioplastic – Coupling the Electrochemical CO₂ Reduction with a Microbial Product Generation by Drop‐in Electrolysis, ChemSusChem 2020, 13, 4086-4093.

Finanziert von der Europäischen Union – NextGenerationEU