Um die heutigen fossilen Brennstoffe durch klimafreundlichere Energieträger zu ersetzen, werden synthetische Brennstoffe breit diskutiert. Das technisch etablierte Fischer-Tropsch-Verfahren (FT). wurde vor 100 Jahren erfunden. Es nutzt Synthesegas (H2 und CO), um treibstoffähnliche Kohlenwasserstoffe herzustellen. Der enorme Bedarf an Synthesegas, der für das FT-Verfahren erforderlich ist, wird derzeit jedoch aus fossilen Kohlenstoffquellen gewonnen und verursacht einen erheblichen Kohlenstoff-Fußabdruck. Eine umweltfreundlichere Strategie bestünde darin, das FT-Verfahren mit erneuerbarem Synthesegas zu versorgen, das entweder durch die umgekehrte Wassergasverschiebungsreaktion (RWGS) oder durch Co-Elektrolyse von CO2 und H2O aus CO2 gewonnen wird. Die RWGS-Reaktion ist energetisch teuer und erfordert große und zentralisierte Anlagen. Im Gegensatz dazu verspricht die elektrochemische CO-Produktion durch Co-Elektrolyse einen vielversprechenden Weg zu höherer Effizienz und kann in kleineren dezentralen Anlagen analog zu Wasserelektrolyseuren umgesetzt werden. Trotz des großen Potenzials und der wissenschaftlichen Fortschritte ist die Stromdichte, der CO-Ertrag und die Lebensdauer noch zu gering, um wirtschaftlich zu sein. Diese Unzulänglichkeiten führen zu hohen Kosten für das erzeugte CO. Das WP4, Teil des reFuel.ch, strebt den Aufbau eines ambitionierten Co-Elektrolyseurs im Labormassstab an.
Im Einzelnen werden folgende Ziele verfolgt:
- das Zusammenspiel zwischen Diffusionsmedium, Katalysatorschicht und Bipolarer Membran zu verstehen, dass die Leistung und Stabilität von Bipolarer Membranen beeinflusst;
- einen zuverlässigen Co-elektrolysebetrieb bei ≥ 1,00 A·cm-2, ≤ 3,5 Vcell und 100 % CO2-zu-CO-Selektivität für ≥ 1'000 h zu erreichen
- Skalierung dieses Co-Elektrolyseur-Designs mit optimierter Leistung und Lebensdauer von der derzeitigen aktiven Fläche von 4 cm2 auf 200 cm2, um eine Einzelzellen-Produktleistung von ≥ 100 gCO·h-1 zu erreichen.