Dr. Svent Albrecht (TANiOBIS GmbH) über CO₂SiMo

Photoelektrochemische CO₂-Reduktion und oxidative Wertstoffgewinnung

CO₂-WIN Connect: Herr Dr. Albrecht, Ihr Ziel ist es, mit Hilfe von Kohlendioxid einen chemischen Energiespeicher für Sonnenenergie zu erzeugen. Wie entstand die Idee dazu und welche Rolle spielt CO₂ dabei?

Dr. Albrecht: Es gibt bereits Laboruntersuchungen zu Katalysatoren, mit deren Hilfe sich Kohlendioxid unter Ausnutzung der Sonnenenergie zu nutzbaren Gasen umwandeln lässt. Diese Katalysatoren zeigen derzeit aber noch eine geringe Effizienz. Um das Kosten/Nutzen Verhältnis für diese Reaktion zu erhöhen, sollen Erfahrungen aus der Brennstoffzellentechnologie und Materialentwicklungen für neue Katalysatoren und Elektroden auf diese photokatalytische CO₂-Umwandlung angewendet werden.

CO₂-WIN Connect: Sie nutzen im Projekt eine photoelektrochemische Zelle. Wie funktioniert diese Zelle und worin besteht die Innovation genau?

Dr. Albrecht: Eine photoelektrochemische Zelle (kurz PEZ) besteht wie eine Elektrolysezelle oder eine Brennstoffzelle aus einer Kathoden- und einer Anodenseite. Der prinzipielle Unterschied zu einer Elektrolysezelle beseht darin, dass bei der photoelektrochemischen Zelle die Energie durch Sonnenenergie eingebracht wird und nicht durch eine Stromzufuhr von außen. So lässt sich durch Lichteinstrahlung auf sogenannte Photokathoden ein interner Strom erzeugen, der direkt für die gewünschte CO₂-Umwandlung genutzt wird. Auf der anderen Seite der PEZ, der Anodenseite, entsteht dabei zwangsläufig eine positive elektrische Ladung, die für Umsetzungen von Wasser in nutzbares Wasserstoffperoxid genutzt werden soll.

CO₂-WIN Connect: Wie können die Produkte des Prozesses genutzt werden?

Dr. Albrecht: Bei der CO₂-Umwandlung entstehen Gasgemische als mögliche Ausgangsstoffe für zahlreiche chemische Synthesen, für die zurzeit fossile Rohstoffe wie Erdöl benötigt werden. Möglich ist auch die Umwandlung in Methangas, das als Ersatz für Erdgas für z. B. Heizzwecke dienen kann. Die auf der Anodenseite entstehenden Peroxide wie Wasserstoffperoxid sind als Bleichmittel in Waschmitteln oder auch als Desinfektionsmittel wichtig. Zugleich kann Wasserstoffperoxid als Energieträger z. B. für Brennstoffzellen getestet werden.

CO₂-WIN Connect: Welche Expertise wird gebraucht, um die Ziele des Projekts zu erreichen?

Dr. Albrecht: Im Projekt CO₂SiMo arbeiten Partner aus Grundlagenforschung, angewandter Forschung und Industrie zusammen. Für die Materialentwicklung der Katalysatoren kommen im Labor verschiedene Synthesemethoden wie z.B. Sol-Gel- Verfahren zur Anwendung. Für die Charakterisierung der Substanzen sind Analytik, Kristallstrukturchemie und Photoelektrochemie entscheidend. Bei der Entwicklung der Elektroden und der photoelektrochemischen Zelle sind Materialwissenschaft und Kenntnisse zu Verfahrenstechnik, Sensorik und Messtechnik gefragt.

CO₂-WIN Connect: Welche Rolle kann der Prozess zukünftig im Sinne der Energiewende einnehmen? Welche Visionen haben Sie?

Dr. Albrecht: Die Nutzung von „frei“ verfügbarem CO₂ kann die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie Erdöl und Erdgas verringern. Mit dem CO₂SiMo-Prozess kann zudem Sonnenenergie in das speicherbare Gas Methan umgewandelt werden und so einen Beitrag zur kontinuierlichen Energieversorgung aus erneuerbaren Energien geleistet werden. Der CO₂SiMo-Prozess koppelt die CO₂-Nutzung mit der Erzeugung schon jetzt gehandelter Peroxide, deshalb ist eine hohe Akzeptanz zu erwarten. Durch die hohe Marktattraktivität wird so ein Beitrag zum rechtzeitigen Erreichen der Klimaziele geleistet.

CO₂-WIN Connect: Sehen Sie externe Einflüsse voraus, welche hinderlich oder förderlich für eine erfolgreiche Marktdurchdringung sein könnten?

Dr. Albrecht: Generell können Verfahren, die CO₂ aus der Atmosphäre nutzen, für das Erreichen der Klimaziele eine zunehmende Bedeutung bekommen.

Förderlich für eine Marktdurchdringung wäre außerdem, wenn sich die Nachfragesteigerung bei Peroxiden fortsetze würde. Hier kann die CO₂SiMo-Technologie eine CO₂-freie Alternative zum derzeit genutzten Anthrachinon-Verfahren sein. Eine zukünftige Nutzung von Wasserstoffperoxid als Energieträger könnte die Attraktivität des Cosimo-Prozesses ebenfalls weiter steigern.

CO₂-WIN Connect: Herr Dr. Albrecht, vielen Dank für das Gespräch.

Sie möchten noch mehr über das BMBF-geförderte Projekt CO₂SiMo erfahren?

Hier gelangen Sie zur Projektvorstellung