二氧化碳电解作为煤炭的替代品

煤炭在莱茵地区不仅是发电的重要燃料。它还被化学工业用于生产重要的基础化学品。但到煤炭逐步淘汰时，这些物质将不得不从其他可再生资源中获得。一个例子是一氧化碳，简称CO，它是生产某些塑料和醋酸所必需的。

为此，ForschungszentrumJülich的科学家们正在研究一种基于可再生能源的气候友好型技术。使用CO2电解，将温室气体CO2直接转化为一氧化碳。研究人员现在已经克服了一个重要障碍，并为大规模应用开发了可扩展的电池组。

该研究是结构变革项目iNEW的一部分，该项目旨在通过引入基于可再生能源的工艺来促进Rhenish地区就业的增长和保持。

“CO通常由工业大规模生产。它很难运输，因为它是一种有毒且高度易燃的气体，”Jülich能源与气候研究所(IEK-9)的研究生MaximilianQuentmeier解释道。.通常，煤与氧气一起燃烧以产生气体。

但在逐步淘汰煤炭之后，将需要其他工艺来代替。未来，仍需要二氧化碳作为基础化学品。除其他外，聚碳酸酯和聚氨酯的生产需要它，例如，它们用于制造眼镜镜片和绝缘板。

MaximilianQuentmeier和他的主管BernhardSchmid正在研究一种也称为CO2到CO电解的工艺。该方法使用所谓的气体扩散电极：一种多孔电极，背面装有CO2并与液体或固体电解质相邻，​​正面电极连接两种介质和电流，从而确保最终产生“绿色”一氧化碳CO。

可能的气候负面路径

该工艺不仅对化学工业有吸引力，而且有助于气候保护。"当使用可再生能源运行时，CO2电解厂将以气候中和的方式运行。如果二氧化碳来自大气，例如通过直接空气捕获，或来自沼气的后处理，则该技术甚至可能对气候产生负面影响，”伯恩哈德·施密德解释道。

总而言之，该技术有助于积极降低大气中的CO2浓度。“原则上，未来的可再生塑料将成为类似于木材的碳汇，”BernhardSchmid说。

迈向实际应用的里程碑

Quentmeier和Schmid已经在商业化的道路上达到了一个重要的里程碑。他们通过多次改进和更换部件，成功地将单体电池改造成堆叠式电解槽，并通过了各种性能测试。该结果最近发表在ACS可持续化学工程杂志上。

在堆叠中，电池紧凑地堆叠在一起。与大的单个电池相比，一堆较小的电池的制造成本要低得多。“从单个电池开始设计电池组时，需要考虑几个方面。例如，用于气体反应的电池有多个腔室，实验室大小通常没有支撑。电池组的电池必须承受压缩力，并且在同时保持渗透性，”MaximilianQuentmeier解释道。

在现实工艺条件的假设下，Jülich研究人员为此优化了气体流场和电流收集器的设计。代替通常的液体电解质，由离子导电合成树脂制成的固体流过聚合物电解质用作支撑元件，其在结构上支撑电解质间隙。

由于巧妙的阳极设计，研究人员还能够完全省略膜和阳极之间的电解质室。对于电池堆，相邻电池的正负电极、阴极和阳极被连接两个电池的单个组件(双极板)取代。

在当前使用未针对效率进行优化的模块化组件的实验装置中，堆栈实现了30%的效率。“对于这种已经在100°C以下运行的工艺，这已经是一个非常有希望的结果，”研究所所长Rüdiger-A教授解释说。艾歇尔。

“例如，与高温共电解相比，工厂设计相对简单，生产的是纯CO而不是合成气，这进一步简化了许多应用的处理过程。因此，平台化学CO的分散供应可以提供给工业Rhenish地区的公司，节省了运输成本，”Rüdiger-A说。艾歇尔。接下来的步骤是进一步开发和提高效率，使电池组进入准备大规模生产的最后阶段。