P2X: Verkokungsresistente Katalysatoren für die Hochtemperatur co-Elektrolyse von H2O und CO2 zu Synthesegas

Ziel des  Projekts „P2X“  im Kopernikus-Programms , das die Energiewende vorantreiben soll, ist die effiziente Speicherung und Nutzung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen durch Umwandlung in industriell relevante Stoffe und chemische Energieträger. Dafür bedarf es innovativer Lösungen, die im Projekt zu ökologisch und ökonomisch vorteilhaften, sowie gesellschaftlich akzeptierten Prozessen entwickelt werden sollen. Mit ihren hohen Wirkungsgraden stellt die Hochtemperatur-Elektrolyse ein potentielles Glied dieser Umwandlungskette dar.

Das DFI ist am Forschungscluster FC-A3 beteiligt, in dem Wasser und Kohlendioxid mittels Hochtemperatur Elektrolyse (SOEC) unter Einsatz von elektrischem Strom zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Synthesegas) umgesetzt werden, das als Ausgangsmischung für eine Vielzahl von Chemikalien wie u.a. Methanol, Methan aber auch von künstlichem Benzin und Diesel dient. Das Funktionsprinzip der Elektrolysezelle ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Hauptaufgabe des DFI besteht darin, verkokungsresistente Ni-basierte Katalysatoren für die SOEC-Kathode zu entwickeln und deren katalytische bzw. elektrochemische Aktivität bei 850°C und unterschiedlichen H₂O:CO₂ Molverhältnissen zu evaluieren. Dabei wird u.a. die reverse Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS) zur Aktivierung des CO₂ untersucht, insbesondere im Rußgebiet, bei dem die Boudouard-Reaktion bzw. die Zersetzung von CO zu C und CO₂ bevorzugt einsetzt.

Abbildung 1: (Links) Funktionsprinzip der H₂O/CO₂ Co-Elektrolyse. (Rechts) Auswahl möglicher Endprodukte je nach H₂:CO-Verhältnis.