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Andreas Engelbrecht
Ausgewählte Materialien und Methoden für die elektrochemische Reduktion von CO2
Bei der elektrochemischen Reduktion von Kohlenstoffdioxid (CO2) an kupferbasierten Elektroden in wässrigen Elektrolyten ist es das Ziel, aus CO2 Energieträger wie Methan (CH4) oder Ethen (C2H4) zu generieren, welche bspw. als chemischer Energiespeicher bzw. als Grundstoff für die chemische Industrie genutzt werden können.
Den rein kupferhaltigen Katalysatoren, die die Bildung nennenswerter Anteile an Kohlenwasserstoffen wie CH4 und C2H4 aus CO2 katalysieren, mangelt es jedoch sowohl an Selektivität für bestimmte Produkte, als auch an der erforderlichen Langzeitstabilität. Katalysatoren aus Kupferoxid liefern hier einen aussichtsreichen Ansatz, um diese Herausforderungen zu lösen.
Um Katalysatoren auf Kupferoxid-Basis bei der Reduktion von CO2 zur Verfügung zu stellen, wird sowohl eine vorgelagerten Ex-situ-Bereitstellung von Kupferoxid als auch die In-situ-Bildung von Kupferoxid durch beispielsweise die Beimengung von Sauerstoff (O2) zum Rohstoff CO2 vorgestellt und gezeigt, dass diese Katalysatoren eine erhöhte Selektivität für die Bildung von beispielsweise C2H4 zeigen. Im weiteren Verlauf werden spannungsgepulste Betriebsführungen der Elektrolyse untersucht, mit welchen es zum einen gelingt, Kupferoxid in-situ zu bilden und gleichzeitig auch zu erhalten, und zum anderen es sogar möglich ist, stabile Elektrolysen von mehr als 85 bzw. 95 Stunden durchzuführen. Dabei zeigt sich auch, dass nur geringste Ladungsanteile für die in-situ durchgeführte Katalysatorauffrischung aufgewendet werden müssen, um diese Effekte zu erzielen und dass diese ebenfalls in einem stromgesteuerten bzw. strom- und spannungsgesteuerten Pulsbetrieb erreichbar sind, was für eine Anwendbarkeit im industriellen Maßstab äußerst nützlich ist.
Den rein kupferhaltigen Katalysatoren, die die Bildung nennenswerter Anteile an Kohlenwasserstoffen wie CH4 und C2H4 aus CO2 katalysieren, mangelt es jedoch sowohl an Selektivität für bestimmte Produkte, als auch an der erforderlichen Langzeitstabilität. Katalysatoren aus Kupferoxid liefern hier einen aussichtsreichen Ansatz, um diese Herausforderungen zu lösen.
Um Katalysatoren auf Kupferoxid-Basis bei der Reduktion von CO2 zur Verfügung zu stellen, wird sowohl eine vorgelagerten Ex-situ-Bereitstellung von Kupferoxid als auch die In-situ-Bildung von Kupferoxid durch beispielsweise die Beimengung von Sauerstoff (O2) zum Rohstoff CO2 vorgestellt und gezeigt, dass diese Katalysatoren eine erhöhte Selektivität für die Bildung von beispielsweise C2H4 zeigen. Im weiteren Verlauf werden spannungsgepulste Betriebsführungen der Elektrolyse untersucht, mit welchen es zum einen gelingt, Kupferoxid in-situ zu bilden und gleichzeitig auch zu erhalten, und zum anderen es sogar möglich ist, stabile Elektrolysen von mehr als 85 bzw. 95 Stunden durchzuführen. Dabei zeigt sich auch, dass nur geringste Ladungsanteile für die in-situ durchgeführte Katalysatorauffrischung aufgewendet werden müssen, um diese Effekte zu erzielen und dass diese ebenfalls in einem stromgesteuerten bzw. strom- und spannungsgesteuerten Pulsbetrieb erreichbar sind, was für eine Anwendbarkeit im industriellen Maßstab äußerst nützlich ist.
Schlagwörter: Carbon Capture and Storage; CO2 als Rohstoff; CO2 to Energy; CO2 to Value; Reduktion von Kohlendioxid; Kupfer Katalysator; Kupferoxid Katalysator; langzeitstabile Elektrolyse; gepulste Elektrolyse; in-situ Regeneration
Bayreuther Beiträge zu Materialien und Prozessen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos und Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer, Bayreuth
Band 13
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