Elektrolyse für die Energiewende

Prof. Dr. Peter Brockmann | University of Bern – DCBP, Bern, Switzerland

Beschreibung

Die elektrochemische Umwandlung leicht verfügbarer Rohstoffe wie Wasser, umweltbelastender Ausgangsstoffe wie Kohlendioxid und nitrathaltiger Industrieabwässer sowie von Reststoffen wie Kunststoffen (z. B. PET) und Biomasse (z. B. Lignin) ist ein zentraler Baustein der sogenannten Energie- und Rohstoffwende. Bei der Elektrolyse werden diese Stoffe mithilfe elektrischen Stroms in wertvolle synthetische Energieträger und Grundchemikalien umgewandelt („Power-to-Value“). Stammt der benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind-, Sonnen- oder Wasserkraft, schafft die Elektrolyse eine direkte Verbindung zwischen dem Energie- und dem Chemiesektor und stellt damit eine wesentliche technologische Grundlage für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft dar.In diesem Beitrag werden der aktuelle Entwicklungsstand und die industrielle Implementierung von Elektrolyseprozessen wie der Wasserstofftechnologie sowie aktuelle Forschungsansätze zur reduktiven CO₂-Valorisierung vorgestellt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Kopplung der CO₂-Reduktion mit der oxidativen Verwertung von Biomasse- und Kunststoffabfällen. Darüber hinaus werden Messmethoden und technologische Ansätze präsentiert, mit denen sich Energieverluste in Elektrolyseuren unmittelbar lokalisieren und quantifizieren lassen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage für die weitere Prozessoptimierung jenseits der Katalysatorentwicklung. Das wirtschaftliche Potential derartiger Kopplungskonzepte wird mithilfe technoökonomischer Analysen bewertet.

Bemerkungen

Die in diesem Beitrag vorgestellten Arbeiten sind Teil des interdisziplinären Nationalen Forschungsschwerpunkts «NCCR Catalysis» (https://www.nccr-catalysis.ch/).