CO2 — vom Kli­ma­kil­ler zum che­mi­schen Rohstoff

Man neh­me das schäd­li­che Treib­haus­gas Koh­len­di­oxid und ver­wand­le es mit­hil­fe rege­ne­ra­tiv erzeug­ten Stroms in eine uni­ver­sel­le Basis für die Her­stel­lung von Kraft­stof­fen und die che­mi­sche Indus­trie. Das ist, stark ver­kürzt, das Ziel einer Grup­pe von Ver­fah­ren, die auch als Co-Elek­tro­ly­se bezeich­net wird. In der Fach­zeit­schrift Ange­wand­te Che­mie infor­mie­ren Jüli­cher Wis­sen­schaft­ler über den aktu­el­len Ent­wick­lungs­stand die­ses Power-to-X-Kon­zepts, das zu den zen­tra­len For­schungs­the­men des Koper­ni­kus-Pro­jekts P2X zählt.

“In P2X erfor­schen wir eine voll­kom­men neue Wert­schöp­fungs­ket­te mit CO2 als Aus­gangs­stoff, die im Ver­gleich zu einem rei­nen Was­ser­stoff­kreis­lauf, der soge­nann­ten Was­ser­stoff­wirt­schaft, zusätz­li­che Funk­tio­nen wie die Ver­wer­tung von Koh­len­di­oxid und geschlos­se­ne Koh­len­stoff­kreis­läu­fe ermög­licht”, erläu­tert Prof. Rüdi­ger A. Eichel, Direk­tor des Insti­tuts für Ener­gie- und Kli­ma­for­schung, Bereich Grund­la­gen der Elek­tro­che­mie (IEK‑9).

Der Jüli­cher Wis­sen­schaft­ler ist einer der Koor­di­na­to­ren des Pro­jekts P2X. Die im Rah­men von P2X erforsch­te Hoch­tem­pe­ra­tur-Co-Elek­tro­ly­se gilt als “Königs­weg zur Her­stel­lung von ‚grü­nem’ Syn­the­se­gas”, einem der wich­tigs­ten Aus­gangs­stof­fe für die che­mi­sche Indus­trie. Das Ver­fah­ren befin­det sich aller­dings noch im Früh­sta­di­um der Ent­wick­lung. “Die Leis­tung aktu­el­ler Sys­te­me baut im Test­be­trieb bereits rela­tiv schnell ab, was ein grund­le­gen­des Ver­ständ­nis der rele­van­ten Mecha­nis­men und die Ent­wick­lung sta­bi­ler Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­li­en erfor­der­lich macht”, erklärt Dr. Lam­ber­tus G.J. de Haart vom Jüli­cher Insti­tut für Ener­gie- und Kli­ma­for­schung (IEK‑9), Lei­ter des zuge­hö­ri­gen Forschungsclusters.

Bei dem soge­nann­ten “Power-to-Syngas”-Verfahren wird Was­ser­dampf und Koh­len­di­oxid zu Syn­the­se­gas umge­wan­delt. Dabei han­delt es sich um ein Gemisch aus Koh­len­mon­oxid (CO) und Was­ser­stoff. Als uni­ver­sell ein­setz­ba­res Zwi­schen­pro­dukt ent­hält es bereits die Ele­men­te Koh­len­stoff, Sauer­stoff und Was­ser­stoff, die für die Wei­ter­ver­ar­bei­tung zu hoch­wer­ti­gen Che­mi­ka­li­en wie Ammo­ni­ak und Metha­nol erfor­der­lich sind: den che­mi­schen Grund­bau­stei­nen von Kunst­har­zen, Dün­ge­mit­teln, Kraft­stoff­zu­sät­zen und Kraftstoffen.

Bereits seit Jahr­zehn­ten wird Syn­the­se­gas aus fos­si­len Brenn­stof­fen her­ge­stellt: durch die Ver­ga­sung von Koh­le und ins­be­son­de­re durch die soge­nann­te Dampf­re­for­mie­rung fos­si­ler Flüs­sig­kei­ten oder Erd­gas. Die Co-Elek­tro­ly­se von CO2 bie­tet gegen­über den kon­ven­tio­nel­len Ver­fah­ren meh­re­re Vor­tei­le. So könn­te sie dazu bei­tra­gen, die Emis­si­on von Treib­haus­ga­sen signi­fi­kant zu redu­zie­ren, und ermög­licht es dar­über hin­aus, auf die auf­wen­di­ge Rei­ni­gung im Nach­gang zu ver­zich­ten. Anders als Gas­ge­mi­sche aus fos­si­len Brenn­stof­fen ist das End­pro­dukt bereits weit­ge­hend frei von Schwe­fel- und Stick­stoff­kom­po­nen­ten, die sonst auf­wen­dig ent­fernt wer­den müs­sen, damit das für die Wei­ter­ver­ar­bei­tung not­wen­di­ge Rein­heits­ni­veau erreicht wird.

Koper­ni­kus-Pro­jekt P2X

An P2X sind 17 For­schungs­ein­rich­tun­gen, 26 Indus­trie­un­ter­neh­men sowie drei zivil­ge­sell­schaft­li­che Orga­ni­sa­tio­nen betei­ligt. Feder­füh­rend sind die RWTH Aachen, das For­schungs­zen­trum Jülich und die Deche­ma invol­viert. Im ers­ten Schritt hat das Pro­jekt ein Volu­men von 30 Mil­lio­nen Euro. Zusätz­lich zur För­de­rung durch das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) brin­gen Indus­trie­part­ner For­schungs­leis­tun­gen im Umfang von wei­te­ren 8,3 Mil­lio­nen Euro ein.