AAcid - Elektrochemische CO2-Nutzung zu Ameisensäure

Abstract

Die elektrochemische CO2-Reduktion zu Ameisensäure steht an der Schwelle zur industriellen Nutzung. Mit einem alkalischen flüssigen Katholyt an Gasdiffusionselektroden erreicht sie bereits sehr hohe Stromdichten und Faraday-Effizienzen. Das Verfahren hat jedoch fundamentale Nachteile, die durch Verwendung von sauren flüssigen Elektrolyten überwunden werden können. Dies führt jedoch zur vermehrten Bildung des Nebenprodukts Wasserstoff, einer geringeren Stabilität der Elektrode und einen erheblichen Verlust des Produkts Ameisensäure. AAcid hatte das Ziel bei der sauren Elektrolyse die Ameisensäure-Konzentrationen zu erhöhen und hohe Standzeiten zu erreichen. Dazu sollten stabilere Bismutoxid-Katalysatoren eingesetzt, sowie neue Polyelektrolyte für die Erhöhung der Elektrodenstabilität und Reduzierung der Ameisensäure-Verluste entwickelt werden. Diese Polyelektrolyte und Bismut-Katalysatoren wurden erfolgreich synthetisiert. Vielversprechend war dabei die Ko-Fällung des Katalysators mit einem Polyelektrolyt. Die Gasdiffusionsschichten wurden mit dem Katalysator beschichtet. Es konnten sowohl im sauren als auch im alkalischen hohe Faraday-Effizienzen bei hohen Stromdichten erreicht werden. Durch eine optimierte Zugabe des Polyelektrolyts konnte die Performance der sprühbeschichteten Elektrode einer trockengepressten Elektrode angeglichen und die Stabilisierung der Dreiphasengrenze erreicht werden. Neue mono- und bipolare Membranen wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Elektrodialyse wurde als Methode zur Leitsalz-Rückgewinnung erprobt, zeigte jedoch eine unzureichenden Trennwirkung. Membrandestillationsmodule wurden für die sauren Bedingungen konstruiert, gebaut und erprobt. Eine Bewertung des Gesamtprozesses ergab Betriebskosten zwischen 750 und 1250 € pro Tonne Ameisensäure. Für die kommerzielle Anwendung des Gesamtprozesses sind weitere Entwicklungsarbeiten notwendig, jedoch sind einzelne Entwicklungen für andere Anwendungen bereits nutzbar.