CO2-Elektrolyse statt Kohle

Die Kohle geht – nur so lassen sich die Klima­ziele Deutschlands erreichen. Der fossile Brennstoff ist aber auch Basis für wichtige Grundchemikalien. Neue Lösungen sind gefragt. Eine heißt CO₂-Elektrolyse.

Mit der Braunkohle aus dem Rheinischen Revier wird nicht nur Strom erzeugt, damit werden auch wichtige Grundchemikalien hergestellt – etwa Kohlenmonoxid (CO), das die chemische Industrie für die Produktion von Kunststoffen und Essigsäure verwendet. Da mit der Braunkohle bald Schluss ist, gilt es, neue, klimafreundliche Quellen für dieses Gas zu erschließen. Forscher:innen des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-9) haben eine wichtige Hürde genommen, um einer vielversprechenden Technik zum Durchbruch zu verhelfen, der CO₂-Elektrolyse.

Hierbei wird klimaschädliches CO₂ direkt in reines Kohlenmonoxid umgewandelt. „Das kann dann ohne weitere Aufbereitung für viele Anwendungen eingesetzt werden“, erläutert Maximilian Quentmeier, Doktorand am IEK-9. Gemeinsam mit seinem Betreuer Bernhard Schmid und weiteren Kolleg:innen hat er ein Design für eine CO₂-Elektrolyse-Anlage entwickelt, bei der die einzelnen Zellen zu einem sogenannten Zell-Stack gestapelt sind. Aus anderen Elektrolyse-Technologien ist bekannt, dass sich ein solches Design gut für den industriellen Einsatz hochskalieren lässt.

Bei Laborversuchen, die noch nicht auf Effizienz getrimmt sind, erzielt der Stack einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. „Für diesen Prozesstyp, der schon bei unter 100 Grad Celsius abläuft, ist das bereits ein sehr vielversprechender Wert“, sagt Institutsdirektor Prof. Rüdiger-A. Eichel. Und: Wird eine solche Anlage mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben, arbeitet sie klimaneutral. „Zieht man das Kohlendioxid aus der Atmosphäre, beispielsweise mittels Direct Air Capture, oder entnimmt es Biogasanlagen, ist die Technik sogar potenziell klima-negativ“, erläutert Bernhard Schmid.

Die Arbeiten sind Teil des Strukturwandelprojekts iNEW, das die Entstehung und Sicherung von Arbeitsplätzen im Rheinischen Revier vorantreiben soll. Mithilfe der CO₂-Elektrolyse könnten Industriebetriebe in der Region Kohlenmonoxid als Basischemikalie dezentral bereitstellen, ohne das giftige und hochentzündliche Gas aufwendig transportieren zu müssen. Bis es so weit ist, wollen die Forscher:innen unter anderem die Effizienz ihres Zellstapel weiter verbessern.