二氧化碳电解作为煤炭的替代品

莱茵地区的煤炭不仅是发电的重要燃料。它也被化学工业用于生产重要的基础化学品。但到煤炭淘汰时，这些物质将不得不从其他可再生能源中获得。一个例子是一氧化碳，简称CO，它是生产某些塑料和乙酸所必需的。

为此，Forschungszentrum Jülich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。使用一氧化碳2电解，温室气体一氧化碳2直接转化为一氧化碳。研究人员现在已经克服了一个重要的障碍，并为大规模应用开发了一种可扩展的电池组。

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莱茵地区的就业增长和就业保护。

“一氧化碳通常是工业在现场大规模生产的。它很难运输，因为它是一种有毒且高度易燃气体，“尤利希能源与气候研究所(IEK-9)研究生马克西米利安·昆特迈尔解释说。通常，煤在供应的氧气中燃烧以产生气体。

但在煤炭淘汰之后，将需要其他工艺。将来，仍然需要CO作为基础化学品。除其他外，它是生产聚碳酸酯和聚氨酯所必需的，例如用于制造眼镜镜片和隔热板。

马克西米利安·昆特迈尔(Maximilian Quentmeier)与他的主管伯恩哈德·施密德(Bernhard Schmid)一起，正在研究一种也称为CO2-一氧化碳电解。该方法使用所谓的气体扩散电极：一种以 CO 为原料的多孔电极2在背面，与正面的液体或固体电解质相邻。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

该过程不仅吸引了化学工业，而且还有助于气候保护。“ 当使用可再生发电运行时，一氧化碳2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沼气的处理，该技术甚至可能对气候产生负面影响，“Bernhard Schmid解释说。

总而言之，该技术可以帮助积极减少一氧化碳。2集中在大气中。“原则上，未来的可再生塑料将成为类似于木材的碳汇，”Bernhard Schmid说。

实现实际应用的里程碑

昆特迈尔和施密德在商业化的道路上已经达到了一个重要的里程碑。他们通过多次改进和更换组件，成功地将单电池转变为堆栈式电解槽，并在各种性能测试中进行了测试。研究结果最近发表在ACS可持续化学工程上。

在堆叠中，细胞紧密地堆积在一起。与大型单电池相比，一堆较小的电池制造成本要低得多。“从单个电池开始设计堆栈时，需要考虑几个方面。例如，用于气体反应的细胞具有多个腔室，这些腔室通常不受实验室大小的支持。电池堆的电池必须承受压缩力，同时保持渗透性，“马克西米利安·昆特迈尔解释道。

在实际工艺条件的假设下，尤利希研究人员为此目的优化了气体流场和集电器的设计。代替通常的液体电解质，使用由离子导电合成树脂制成的固体流过聚合物电解质作为支撑元件，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。对于堆栈，相邻电池的正极和负极，阴极和阳极被连接两个电池的单个组件(双极板)所取代。

在当前使用未针对效率进行优化的模块化组件的实验设置中，堆栈的效率达到了 30%。“对于这种已经在100°C以下运行的工艺，这已经是一个相当有希望的结果，”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，生产纯CO而不是合成气，这进一步简化了许多应用的处理。因此，可以向莱茵地区的工业公司提供平台化学CO的分散供应，从而节省运输成本，“Rüdiger-A说。艾歇尔。接下来的步骤是进一步开发和提高效率，使电池组进入批量生产的最后准备阶段。