Stephanie Wolf

 

Grenzbereiche der Hochtemperatur Ko-Elektrolyse hin zur CO2-Elektrolyse

Schematische Darstellung der Ko-Elektrolyse in einer SOC. Urheberrecht: L.Dittrich Schematische Darstellung der Ko-Elektrolyse in einer SOC.

In herkömmlichen Verfahren der chemischen Industrie werden Basischemikalien häufig aus Zwischenprodukten synthetisiert, welche durch Kohlevergasung oder Dampfreformierung hergestellt wurden. Die andauernde Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wirkt den Umweltschutzbemühungen aufgrund des hohen Ausstoßes von klimaschädlichen Treibhausgasen wie CO2 in die Atmosphäre entgegen.

Zukunftsweisende Technologien, wie die Ko-Elektrolyse von Wasser und eingefangenem Kohlendioxid in einer Festoxid-Elektrolysezelle, vermeiden Emissionen in die Atmosphäre und verwenden sogar CO2, um ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu erzeugen, das als Synthesegas bezeichnet wird. Mit regenerativen Energien betriebene Ko-Elektrolyse erzeugt „weißes Synthesegas“. Dessen Verhältnis von H2 zu CO kann durch Einstellen der relevanten Systemparameter beeinflusst werden. Dies ist relevant für verschiedene industrielle Anwendungen, bei denen unterschiedliche Synthesegasverhältnisse eingesetzt werden. Das Synthesegas kann dann zum Beispiel im industriell etablierten Fischer-Tropsch-Verfahren als Ausgangsmaterial für chemische Grundbausteine wie Methan oder zur Herstellung von klimaneutralen, synthetischen Kraftstoffen verwendet werden. Auf diese Weise kann mittels Ko-Elektrolyse die Abhängigkeit der chemischen Industrie von fossilen Ressourcen (Erdgas, Kohle, Erdöl) deutlich vermindert werden. Umfangreiche Prozessstudien sind erforderlich, um das Ko-Elektrolyseverfahren optimal zu betreiben. Insbesondere der Übergang zwischen Ko-Elektrolyse und der reinen CO2-Elektrolyse wurde noch nicht vollständig untersucht.

In dieser Arbeit werden die ablaufenden Prozesse im Übergangsbereich der Hochtemperatur-Ko-Elektrolyse hin zur CO2-Elektrolyse untersucht. Detaillierte Informationen zum Einfluss von Parametereinstellungen auf die Mechanismen an der Dreiphasengrenze einer Ni-YSZ/YSZ/GDC/LSC-basierten SOC werden durch Impedanzspektroskopie und Strom-Spannungs-Eigenschaften ermittelt.