Verbundprojekt: CO2Syn - Stoffliche CO2-Nutzung aus Zementwerkprozessgasen mit gekoppelten elektrochemischen und thermisch-katalysierten Prozessen; gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der Fördermaßnahme "Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung", Förderbereich "Technologien für die CO2-Kreislaufwirtschaft"

Abstract

Das Projekt entwickelte einen neuen Prozessweg zur direkten Nutzung CO₂-haltiger Zementabgase ohne aufwendige Gasreinigung (Power-to-Chemicals-Konzept). CO₂ und H₂O werden elektrochemisch in Synthesegas (CO/H₂) und anschließend thermokatalytisch in Olefine und höhere Alkohole umgewandelt; Energie- und Wärmebedarf sollen durch erneuerbare Energien und Abwärme des Zementwerks gedeckt werden. Der Schwerpunkt lag auf vergiftungsresistenten sulfidbasierten Katalysatoren. RUB und LWB synthetisierten und skalierten zahlreiche Materialien; mechanochemische, Hochtemperatur- und Fällungssynthesen sind prinzipiell geeignet, die Nachbehandlung (Abtrennung, Waschen, Trocknen) erwies sich jedoch als zentrale technische Herausforderung. In der Elektrokatalyse wurden über 30 Materialien untersucht. Ag- und Ag₂S-basierte Katalysatoren erreichten Faraday-Effizienzen > 85 % bei Zellspannungen < 2,8 V (300 mA cm⁻²). Ag₂S zeigte etwas höhere Toleranz gegenüber NO₂ und niedrigen SO₂-Gehalten; höhere SO₂-Konzentrationen führten in beiden Systemen zu schneller Degradation. Für die thermokatalytische Synthesegasumwandlung wurden MoS₂-basierte Katalysatoren mittels zweistufiger In-situ-Sulfidierung aktiviert und ein bevorzugtes Prozessfenster definiert. Zwei Proben zeigten stabile bzw. steigende CO-Umsätze, bedürfen aber weiterer Optimierung bei Umsatz und Selektivität. Sauerstoff wurde als kritische Störspezies identifiziert. Die Kopplung von Elektro- und Thermokatalyse wurde im technischen Maßstab mit einer 300-cm²-Elektrolysezelle demonstriert; der gekoppelte Prozess ist grundsätzlich technisch machbar (TRL 4). Wirtschaftlich ist ein Betrieb mit dem derzeitigen Produktspektrum nicht tragfähig. Kurz- bis mittelfristig ist reine CO₂-Abscheidung zur Emissionsminderung vorteilhafter; eine spätere CCU-Nutzung bleibt mit verbesserten Katalysatoren und angepasstem regulatorischem Rahmen möglich.