Treibhausgas CO₂ mit Hilfe erneuerbarer Energien in Ameisensäure verwandeln

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.

Prof. Elias Klemm (l.) und Doktorand Dennis Kopljar (mit Mikroreaktor in der Hand) vor der Anlage zur elektrochemischen Umsetzung von CO2. Foto: Universität Stuttgart

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 (Standort Stuttgart) sowie der Firma Plinke (Bad Homburg) 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.

Das Vorhaben wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie unter dem Förderkennzeichen 03ET1379A,B,C gefördert.

Originalpublikation

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., http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cite.201400135/full

Kontakt

Prof. Dr. Elias Klemm
Tel. 0711/685 64059
E-Mail: e[email protected]

Source: Universität Stuttgart, Pressemitteilung, 2016-08-08.