CO2SimO: Photoelektrochemische CO2-Reduktion bei Simultaner Oxidativer Wertstoffgewinnung

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit:

01.06.2020-31.05.2023

Partner:

Universität Bayreuth, AG Marschall

Leibniz Universität Hannover, AG Bahnemann

Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse  am  KIT

Taniobis GmbH

neoxid GmbH

Geldgeber: Bundesministerium für Bildung und  Forschung (BMBF)

Förderkennzeichen: 033RC029C

Bearbeiter: Tobias Schanz

Hintergrund

In der heutigen Zeit wird das Augenmerk immer mehr auf den globalen Klimaschutz und erneuerbare Energien gelegt. Durch den Wandel der Energiewirtschaft ist es möglich die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu mildern und den steigenden Energiebedarf zu decken. Kohlenstoffdioxid (CO2) ist ein Treibhausgas, welches unter anderem  durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht und maßgeblich an der globalen Erwärmung beteiligt ist. In den letzten Jahren ist das Interesse an der Umwandlung von CO2 zu nutzbaren Brennstoffen stark angestiegen. Die photokatalytische Gewinnung von Methan aus CO2 kann einen wichtigen Beitrag zur künftigen Energiegewinnung leisten.

Durch die photokatalytische Umwandlung von CO­2 an einer Gasdiffusionsphotoelektrode (Kathode) kann die CO2-Emission verringert werden und schon vorhandenes CO2 regenerativ in einen Energieträger (z.B Methan) umgewandelt werden (Abb. 1). Der Vorteil dieser Methode gegenüber konventioneller Photovoltaik ist, dass die absorbierte Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird, welche gut speicherbar ist.

Um einen nennenswerten Effekt auf die Gesamt-CO2-Emissionen zu haben, muss ein Prozess auch aus ökonomischer Sicht tragfähig sein. Aufgrund des extrem niedrigen Preisniveaus für (fossile) Brennstoffe und CO2-Emissionsrechte ist dies nicht nur für photochemische sondern für alle Prozesse zur Erzeugung von synthetischen Brennstoffen aus CO2 aktuell nicht der Fall. Die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses kann jedoch bedeutend aufgewertet werden, wenn neben dem synthetischen Brennstoff auf der Kathodenseite, auf der Anodenseite ein zusätzliches werthaltiges Produkt erzeugt wird (Abb. 1). Das Ziel an der Anodenseite ist die Entwicklung einer solar betriebenen photoelektrochemischen Reaktionszelle, in der Wasser zu verwertbarem H2O2 oder anderen technisch nutzbaren Peroxiden oxidiert und gleichzeitig CO2 zu CO und Methan mit Hilfe geeigneter Photokatalysatoren reduziert wird. Zusätzlich zur Reaktionszelle wird noch ein Methanisator zur Aufwertung des an der Photokathode entstehenden Gasstroms angebracht.

 CO2SimO_Funktionsprinzip

Abbildung 1. Aufbau und Funktionsweise der geplanten photoelektrochemischen Reaktionszelle.

 

 

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Hinweis Grafik

Teilprojekt der BMBF-Förderrichtlinie: „CO2 als nachhaltige Kohlenstoffquelle – Wege zur industriellen Nutzung (CO2-WIN)“

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