Verbundprojekt NETPEC "Negative Emissionen mittels photoelektrochemischer Methoden"; Teilprojekt NETPEC-HZB: "Entwicklung neuartiger Elektrokatalysatoren"

Abstract

Im NETPEC-Projekt wurden (photo)elektrochemische Ansätze für die technologische Entnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre untersucht und weiterentwickelt. Ähnlich der natürlichen Photosynthese werden in der photoelektrochemischen Elektrolyse Stoffe mittels der Energie des Sonnenlichts ineinander umgewandelt. Die theoretisch möglichen Effizienzen übertreffen die der natürlichen Photosynthese (STC<2%) um ein Vielfaches, dadurch könnte weniger Landfläche als bei Biomasse-basierten Ansätzen benötigt werden. Wird hierbei CO2 in kohlenstoffreiche, feste oder flüssige Produkte umgewandelt, ist eine sichere Langzeitspeicherung möglich. Im NETPEC Projekt wurden Oxalat und Kohlenstoff-Flocken als vielversprechende Produkte aufgrund ihrer hohen Kohlenstoffdichte favorisiert. Die Effizienz der CO2-Elektrolyse zu diesen Produkten hängt allerdings stark von der Verfügbarkeit geeigneter Elektrokatalysatoren ab. Am HZB wurden in enger Kooperation mit der Universität Tübingen (UTUE2) sowohl an flüssigen Metallelektroden auf der Basis von GaInSn-Legierungen zur Produktion von Kohlenstoffflocken als auch an Blei-Elektroden für die Oxalat Produktion gearbeitet und mittels elektrochemischer Methoden hinsichtlich ihrer Aktivität und Selektivität bei der CO2-Elektrolyse untersucht und optimiert. Während die Elektrolyse an GaInSn-Legierungen weiterhin die Lösung grundlagenorientierter Herausforderungen erfordert, konnte für den Weg zu Oxalat Effizienzen erreicht werden, die eine Kopplung mit Solarzellen sinnvoll machen. So wurde am HZB gegen Projektende in einem gekoppelten Solarzellen-Elektrolyse System erfolgreich die autarke, lichtgetriebene Wandlung von CO2 zu Oxalat mit einer Solar-to-Carbon Effizienz (STC) von über 10% demonstriert. Damit wurde der Projektansatz experimentell verifiziert, dass die technische Elektrolyse eine deutlich effizientere Alternative zur natürlichen Photosynthese bei der Kohlenstoffspeicherung darstellt.