Mit einem neuen Verfahren will das Forschungszentrum Jülich grünes Kohlenmonoxid herstellen. Statt aus Kohle soll CO2 aus der Luft oder aus Industrieprozessen als Ausgangsstoff dienen. Das Vorhaben ist Teil des Strukturwandelprozesses im Rheinischen Braunkohlerevier, in dem das Forschungszentrum Jülich liegt.
Bisher diente die dort geförderte Kohle als Quelle für Kohlenstoffmonoxid (CO). Dieses ist Grundstoff für die Herstellung von Polycarbonaten und Polyurethanen, aus denen etwa Brillengläser und Dämmplatten hergestellt werden. Die Abtrennung erfolgt bisher über das Verbrennen von Kohle mit wenig Sauerstoff.
Traum vom grünen Kohlenmonoxid
„CO muss von der Industrie meist großtechnisch vor Ort hergestellt werden. Es lässt sich nur schwierig transportieren, denn es handelt sich um ein giftiges und hochentzündliches Gas“, erklärt Maximilian Quentmeier vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Mit dem erwarteten Ende der Braunkohleförderung sind neue Wege zur Gewinnung von Kohnenmonoxid nötig.
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Wissenschaftler Quentmeier arbeitet daher an einer Lösung über eine CO2-zu-CO-Elektrolyse. Grundlage dafür ist eine Gasdiffusionselektrode. Dabei wird eine poröse Elektrode an der Rückseite mit CO2 umspült, die an der Vorderseite an einen flüssigen oder festen Elektrolyten angrenzt.
„Entsprechende Anlagen arbeiten klimaneutral, wenn sie mit grünem Strom betrieben werden“, erläutert Bernhard Schmid, Mitarbeiter am Forschungszentrum. Komme das Kohlendioxid aus der Atmosphäre, beispielsweise mittels Direct Air Capture, sei die Technik sogar potenziell klimanegativ. Gleiches gelte für die Entnahme aus Biogasanlagen oder Zementwerken. „Im Prinzip wären so Kunststoffe machbar, die als Kohlenstoffsenke dienen – praktisch eine Art künstliches Holz“, so Schmid.
Wirkungsgrad von 30 Prozent – im Labor
Noch ist das Verfahren nicht industriereif. Die beiden Forscher haben aber bereits wichtige Fortschritte erzielt und zahlreiche Leistungstests durchgeführt. Sie setzten auf stapelbare Stacks, die einfacher herzustellen und zu nutzen sind. „Die Zellen für die Gasreaktion weisen naturgemäß viele Hohlräume auf. Diese müssen dem Druck standhalten und gleichzeitig maximal durchlässig sein“, erläutert Quentmeier. Als Stützelement setzt das Team daher anstelle eines flüssigen auf einen festen Elektrolyten aus leitfähigem Kunstharz, der den Zellen Stabilität verleihen soll. Hohlräume werden durch das Design der Anoden vermieden.
Im Labor erzielte ein solcher Stackaufbau bereits einen Wirkungsrad von 30 Prozent, teilte das Forschungszentrum mit. Die Forscher wollen nun weiter an der Effizienz arbeiten und das Konzept zur Serienreife bringen.