Die Herausforderung, den Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) zu reduzieren und gleichzeitig den Klimawandel zu bekämpfen, ist eine der zentralen Aufgaben der heutigen Zeit. Eine vielversprechende Lösung liegt in der elektrochemischen CO2-Reduktion, die es ermöglicht, CO2 aus der Atmosphäre oder aus industriellen Emissionen in nützliche chemische Produkte umzuwandeln. Um diese Technologien voranzutreiben, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, des Forschungszentrums Jülich, der RWTH Aachen sowie der Ruhr-Universität Bochum eine umfassende Roadmap erstellt. Diese soll die Verbindung zwischen CO2-Quellen und -Senken optimieren und die Industrie auf dem Weg zur Implementierung dieser Technologien unterstützen.
In der aktuellen Forschung wurden über 5000 wissenschaftliche Veröffentlichungen analysiert, um die vielversprechendsten CO2-Punktquellen zu identifizieren und den Reifegrad verschiedener elektrochemischer Reaktoren zu bewerten. Die Forscher konzentrierten sich dabei auf die Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Elektrolyse, insbesondere in Bezug auf die Synthese von Kohlenmonoxid (CO), Ameisensäure sowie Ethylen und Ethanol. Das Hauptziel dieser Untersuchung ist es, die Kluft zwischen den theoretischen Fortschritten in der CO2-Reduktion und den praktischen Anwendungen in der Industrie zu schließen.
Ein zentraler Aspekt der Roadmap ist die Identifikation relevanter CO2-Quellen und Produkte, die für die Kopplung von Quellen und Senken geeignet sind. Die Forscher haben verschiedene CO2-Recyclingprodukte hinsichtlich ihrer Marktpotenziale und Anwendungsfähigkeiten in unterschiedlichen Zellkonfigurationen analysiert. Dabei wurden aktuelle Trends, Erfolge und mögliche Verbesserungen in der Technologie berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung von CO2-Quellen in der Industrie eine evolutionäre Entwicklung durchlaufen wird. Diese Entwicklung umfasst drei Hauptphasen: Zunächst werden CO2-Quellen aus industriellen Punktquellen genutzt, gefolgt von einer Hybridisierung dieser Quellen mit Technologien zur direkten Luftabscheidung (DAC). Schließlich wird davon ausgegangen, dass DAC-Anlagen die Hauptquelle für CO2 werden, insbesondere neben großen unvermeidbaren Emittenten wie Zementwerken und Müllverbrennungsanlagen.
Die Roadmap bietet wertvolle Erkenntnisse über die wahrscheinlichsten Anwendungsszenarien für verschiedene Technologien. Prof. Ulf-Peter Apfel vom Fraunhofer UMSICHT betont, dass diese Informationen für die Industrie von großem Nutzen sind. Sie bieten einen klaren Fahrplan, der beantwortet, wann, wo und wie die CO2-Elektrolyse als attraktive Technologie eingesetzt werden kann. Dies ist entscheidend, um die Industrie bei der Implementierung nachhaltiger Praktiken in den Produktionsprozess zu unterstützen.
Die vollständigen Ergebnisse dieser Forschung sind in dem Artikel „Closing the Carbon Cycle: Challenges and Opportunities of CO2 Electrolyser Designs in Light of Cross-Industrial CO2 Source-Sink Matching in the European Landscape“ veröffentlicht, der im Fachjournal „Energy & Environmental Science“ zu finden ist. Diese Veröffentlichung bietet tiefere Einblicke in die Herausforderungen und Chancen, die mit der elektrochemischen CO2-Reduktion verbunden sind und skizziert eine klare Perspektive für die Zukunft der CO2-Nutzung.
Die Integration von CO2-Quellen und -Senken durch elektrochemische Verfahren ist ein wichtiger Schritt zur Minderung der CO2-Emissionen und zur Erreichung der Klimaziele. Durch den kontinuierlichen Austausch zwischen Wissenschaft und Industrie können innovative Lösungen entwickelt werden, die nicht nur zur Reduzierung von Treibhausgasen beitragen, sondern auch wirtschaftliche Chancen eröffnen. Die Roadmap stellt somit einen bedeutenden Beitrag zur Schaffung einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Industrie dar, die in der Lage ist, die Herausforderungen des Klimawandels aktiv anzugehen.
