CO2 soll sich mithilfe von Strom direkt in Grundstoffe für synthetische Kraftstoffe umwandeln lassen. Die TU Berlin entwickelt dafür in zwei Forschungsprojekten die Technik weiter.

 

Wie lässt sich Kohlendioxid als Rohstoff nutzen, ohne zuvor Wasserstoff herstellen zu müssen? Mit dieser Frage beschäftigen sich zwei Forschungsprojekte an der Technischen Universität Berlin (TU Berlin). Das Fachgebiet Technische Elektrochemie und Elektrokatalyse erhält dafür insgesamt rund 2,6 Millionen Euro. Dies teilte die TU Berlin am 15. Oktober mit.

Bei bislang üblichen Verfahren zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe entsteht zunächst Wasserstoff: Strom aus erneuerbaren Energien spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Anschließend wird der Wasserstoff zusammen mit CO2 zu Ausgangsstoffen für die Kraftstoffproduktion verarbeitet. Die Berliner Forscher wollen diesen Zwischenschritt umgehen. Sie setzen CO2 und Wasser unmittelbar in einer elektrochemischen Zelle um. Mit Strom entstehen dabei Stoffe, die sich anschließend chemisch weiterverarbeiten lassen.

Im Labor funktionieren die entscheidenden Reaktionen bereits. „Jetzt geht es darum, die Elektrolyseure effizienter, langlebiger und größer zu machen“, sagt Peter Strasser, Leiter des beteiligten Fachgebiets. Die beiden Projekte setzen dafür an unterschiedlichen Stellen an.

Ethylen als Baustein für Flugkraftstoff

Im Projekt „JEThylen“ steht Ethylen im Mittelpunkt. Der chemische Grundstoff lässt sich aus CO2 gewinnen und anschließend zu längeren Kohlenwasserstoffen verbinden, aus denen synthetischer Flugkraftstoff hergestellt werden kann. Laut TU Berlin könnte die direkte Umwandlung die Prozesskette verkürzen und den Energiebedarf verringern, weil mehrere Schritte bei relativ niedrigen Temperaturen ablaufen.

Die Projektpartner wollen die Spannung in den Elektrolysezellen von derzeit rund 4,5 auf 2,5 Volt senken. Gemeinsam mit weiteren Verbesserungen soll das die Energieeffizienz von etwa 27 auf 50 Prozent steigern. Als weiteres Ziel nennt die Hochschule einen stabilen Betrieb über mindestens 1.000 Stunden. Auch die Größe der Zellen soll zunehmen: Während vergleichbare Laboranlagen meist Elektrodenflächen von etwa zehn Quadratzentimetern nutzen, sind zunächst mehrere Hundert Quadratzentimeter geplant. Für eine spätere industrielle Anwendung sollen Konzepte mit bis zu 0,5 Quadratmetern entstehen.

Koordiniert wird „JEThylen“ von Siemens Energy (München) . Beteiligt sind außerdem das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB (Stuttgart), der Luftverkehrs-Thinktank Bauhaus Luftfahrt (Taufkirchen) und die TU Berlin. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Vorhaben im Rahmen der Fördermaßnahme „Disruptive Ansätze zur industriellen Nutzung von CO2 (DISCO2)“ . Es läuft von März 2026 bis Februar 2029. Die TU Berlin erhält rund eine Million Euro.

Neue Zellen sollen stabiler arbeiten

Das zweite Forschungsprojekt läuft unter dem Namen „INNOCELL“. Die Forscher untersuchen darin, wie sich die Umwandlung in größeren Zellen zuverlässig betreiben lässt. Grundlage ist eine von der TU Berlin entwickelte und patentierte Konstruktion. Sie führt gasförmiges CO2 über sogenannte Gasdiffusionselektroden direkt zum Katalysator, an dem die Reaktion stattfindet.

Ein Problem ist, dass Flüssigkeit in die feinen Poren der Elektroden eindringen und den CO2-Zustrom behindern kann. Gegen dieses sogenannte Flooding setzen die Forscher wasserabweisende Kunststoffmaterialien ein. Einen eigens entwickelten Stromabnehmer nutzen sie für die elektrische Kontaktierung.

Getestet werden die Zellen bei 60 bis 80 Grad Celsius und bis zu 30 bar Druck. Angestrebt werden eine Energieeffizienz von mindestens 45 Prozent und eine Betriebsdauer von mindestens 1.000 Stunden. Die Forscher prüfen dabei neben Ethylen auch die Herstellung von Kohlenmonoxid. Es wird unter anderem für Synthesegas benötigt, aus dem Methanol und synthetische Kraftstoffe entstehen können. Welche Anwendung für größere Anlagen geeignet ist, soll sich laut Strasser anhand der Versuchsergebnisse entscheiden.

„INNOCELL“ läuft von 2026 bis 2029. Die TU Berlin erhält dafür 1,6 Millionen Euro aus dem Förderprogramm „VIP+“ (Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung). Damit unterstützt der Bund die Prüfung, ob sich wissenschaftliche Ergebnisse praktisch nutzen lassen. (ds)