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Photokatalytische CO2-Reduktion CO2 als Rohstoff: Wie lässt sich Ausbeute steigern?

| Redakteur: M.A. Manja Wühr

Wie können mithilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid und Wasser Rohstoffe wie Methan , Methanol oder auch Synthesegas ökologisch und ökonomisch sinnvoll produziert werden? Dieser Frage gehen drei Forschungseinrichtungen BMBF-Verbundprojekt „PROPHECY“ nach.

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BMBF-Verbundprojekt „PROPHECY: PROzesskonzepte für die PHotokatalytische CO2-Reduktion verbunden mit LifE-CYcle-Analysis“ will die Gesamtproduktausbeute in der photokatalytischen CO2-Reduktion um mehrere Größenordnungen steigern.
BMBF-Verbundprojekt „PROPHECY: PROzesskonzepte für die PHotokatalytische CO2-Reduktion verbunden mit LifE-CYcle-Analysis“ will die Gesamtproduktausbeute in der photokatalytischen CO2-Reduktion um mehrere Größenordnungen steigern.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Rostock – Könnte Treibhausgas CO2 zu nutzbaren Rohstoffen oder Brennstoffen recycelt werden, würden die Industrienationen dem Erreichen Emissions- und Klimaschutzzielen näher rücken. Gleichzeitig stünden verschiedenen Industrien, die von fossilen Rohstoffquellen abhängig sind, ressourcenschonende Ausgangsstoffe zur Verfügung. Deshalb wird schon seit etwa 30 Jahren an einer praktikablen photokatalytischen Umsetzung von CO2 geforscht. Dabei soll Sonnenlicht genutzt werden, um auf der Oberfläche geeigneter Halbleitermaterialien eine Reaktion zwischen CO2 und Wasser auszulösen und dann Chemikalien wie Methan oder Methanol zu erzeugen.

Trotz intensiver Forschungsanstrengungen konnten die Ausbeuten bisher nicht zu ökologisch und ökonomisch sinnvollen Größen gesteigert werden. Damit ist klar, dass sich am bekannten Forschungsansatz etwas ändern muss. Aber wo liegt eigentlich die Grenze für eine "sinnvolle" Umsetzung? Welche Ausbeuten müssen erzielt werden? Und sind vielleicht völlig andere Material- und Prozesskonzepte erforderlich, um die Ausbeuten an Wertprodukten zu steigern?

Neue Wege für die photokatalytische CO2-Reduktion

Diesen Fragen soll im gerade gestarteten BMBF-Verbundprojekt „PROPHECY: PROzesskonzepte für die PHotokatalytische CO2-Reduktion verbunden mit LifE-CYcle-Analysis“ im Rahmen der Fördermaßnahme CO2Plus nachgegangen werden. Das Konsortium, bestehend aus den Gruppen um Prof. Dr. Jennifer Strunk (Leibniz-Institut für Katalyse, Rostock), Prof. Dr. Michael Wark (Universität Oldenburg) und Dr. Andreas Patyk (Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) am Karlsruher Institut für Technologie), betrachtet neue Materialkonzepte und neue Prozesskonzepte in enger Verzahnung. Das gemeinsame Ziel ist die Steigerung der Gesamtproduktausbeute in der photokatalytischen CO2-Reduktion um mehrere Größenordnungen. Die Produktselektivität ist vorerst von untergeordneter Bedeutung, da alle möglichen Produkte (Methan, Synthesegas, Methanol o.ä.) gegenüber dem Abfallprodukt CO2 eine Wertsteigerung darstellen.

Im Hinblick auf den Prozess sollen dem äußerst reaktionsträgen Gemisch aus Kohlendioxid und Wasser regenerativ erzeugte Additive, z.B. Bioethanol oder Elektrolyse-Wasserstoff aus Windkraft, zugesetzt werden, die eine höhere Reaktivität besitzen und das Produktspektrum beeinflussen, zum Beispiel in Richtung längerer Kohlenwasserstoffketten. Materialseitig sollen nicht nur neue Synthesewege bekannter Photokatalysatoren wie TiO2 und ZnO zum Einsatz kommen, sondern auch völlig neuartige Materialien getestet werden, auch mit dem Ziel, einen größeren Teil des Sonnenlichts zu nutzen. Ob ein solcher Prozess mit allen verbundenen vor- und nachgeschalteten Prozessen „von der Wiege bis zur Bahre“ dann noch ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist, wird in der begleitenden Nachhaltigkeitsanalyse von Beginn der F&E-Arbeiten an geprüft und kritisch bewertet.

Das Projekt wird mit einem Volumen von einer Millionen Euro vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) gefördert. Start des Projektes war der 01. September 2016. Die Laufzeit beträgt drei Jahre. Die Forschungen der drei akademischen Partner werden von Siemens industriell begleitet und bewertet.

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