Neues CC-Verfahren

Ergebnis: Feststoff

Lynden A. Archer, Wajdi I. Al Sadat - Foto © cbe.cornell.eduLynden A. Archer und Wajdi I. Al Sadat von der amerikanischen Cornell Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York haben in der Fachzeitschrift Science einen Artikel über ein Verfahren veröffentlicht, bei der Energiegewinnung aus fossilen Rohstoffen anfallendes Kohlendioxid abzuscheiden, zu speichern und bei diesem Prozess Energie zu gewinnen. Dabei wird das gasförmige Kohlendioxid in einen Feststoff umgewandelt.

Science AAAS logoIn ihrem Science-Artikel vom 20.07.2016 schrieben sie: “Wirtschaftliche und effiziente Kohlenstoffabscheidungs- und Nutzungs-Technologien sind Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung der globalen Aktionspläne zur Verringerung von Kohlenstoff-Emissionen und Abmilderung des Klimawandels. Diese Technologien sind auch wichtig für die längerfristige Nutzung fossiler Brennstoffe bei gleichzeitiger Reduzierung des damit verbundenen Kohlenstoff-Fußabdrucks. Wir zeigen eine O2-unterstützte Al-CO2-elektrochemische Zelle als neuen Ansatz, CO2-Emissionen abzuscheiden und zur gleichen Zeit erhebliche Mengen an elektrischer Energie zu erzeugen. Wir berichten über die grundlegenden Prinzipien, die Operationen dieser Zellen zu transformieren – unter Verwendung von mehreren intrusiven elektrochemischen und physikalischen Analyseverfahren, einschließlich Chronopotentiometrie, Cyclovoltammetrie, direkter Analyse in Echtzeit-Massenspektrometrie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und gekoppelter thermogravimetrischer Analyse-Fourier-Infrarot-Spektroskopie. Auf dieser Basis zeigen wir, dass eine elektrochemische Zelle, die metallisches Aluminium als Anode und eine Kohlendioxid-Sauerstoff-Gasgemisch als aktives Material in der Kathode verwendet, sowohl einen Weg zur elektrochemischen Erzeugung einer wertvollen C2-Verbindung als auch von elektrischer Energie bereitstellt. Al_CO2-elektrochemische Zelle - Grafik © Clive Howard, Cornell Marketing GroupVor allem zeigen wir, dass die Zelle zuerst an der Kathode O2 reduziert um Superoxid-Zwischenprodukte zu bilden. Die chemische Reaktion von Superoxid mit CO2 sequestriert das CO2 in Form von Aluminium-Oxalat, Al2(C2O4)3, als dominierendes Produkt. Auf der Grundlage einer Analyse des gesamten CO2-Bilanz schließen wir, dass das vorgeschlagene Verfahren eine wichtige Strategie für die Netto-Reduktion von CO2-Emissionen bietet.”

Rauchfahne des Kohlekraftwerks Reuter West, Berlin - Foto © Gerhard Hofmann, Agentur ZukunftDie Abscheidung von Kohlendioxid (Sequestrierung), ist als CCS-Technologie („Carbon Capture and Storage“) gut erforscht, stand aber immer im Schatten des eigentlichen Ziels CCU (“U” für Usage) – wie etwa beim Ende Juni aus der Taufe gehobenen Projekt Carbon2Chem (siehe: solarify.eu/co2-als-rohstoff-carbon2chem). Jetzt geht es um die anschließendes Lagerung (Storage) des jetzt entstehenden Feststoffs, der das Kohlendioxid gebunden hat. Doch für die bisherigen Methoden brauchte es zusätzliche Energie. Bei dem jetzt von Sadat und Archer entwickelten elektrochemischen Verfahren wird keine zusätzliche Energie benötigt. Die elektrochemische Zelle produziert während dieses Prozesses Energie. Entscheidend für die technische Umsetzung der Methode ist zudem, dass die Gewinnung von Aluminium im Vergleich zu anderen Elektroden wie etwa Lithium relativ preisgünstig ist.

Kohle - Foto © Gerhard Hofmann, Agentur ZukunftSehr interessant für die kommerzielle Anwendung ist, dass die bei dem Verfahren entstehenden Aluminiumoxalate Ausgangsstoffe für die Industrie darstellen. Damit könnte ein Durchbruch für die kommerzielle Anwendung der CCS-Technologie gelingen. Das würde besonders Schwellenländern eine preisgünstige Möglichkeit eröffnen, dem dort zunehmenden Kohlendioxidausstoß entgegenzuwirken. Denn laut Internationaler Energieagentur (IEA) wird die Kohlenachfragezwar  in den OECD-Ländern bis zum Jahr 2040 sinken, aber in den Nicht-OECD-Staaten, wie die aus Afrika, Indien, China, Indonesien, Brasilien und Südostasien, im selben Zeitraum um ein Drittel steigen.

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