CO2RR – Elektrochemische Reduktion von CO2

Eine Minderung von klimaschädlichen CO₂ in der Atmosphäre stellt eine der größten globalen Herausforderungen dar. Dazu kann die Konvertierung von CO₂-Emissionen aus Industrieprozessen zu Plattformchemikalien einen wesentlichen Beitrag leisten. Im SMWK Innovationsvorhaben der HSMW ist es der Professur für Angewandte Chemie in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt) gelungen, die elektrochemische CO₂-Reduktion (CO2RR) an einem effizienten Katalysatormaterial zu erproben. Dabei stellt die CO2RR eine potenzielle und effizientere Alternative zu bestehenden chemischen Prozessen dar.

Im Gegensatz zu der bereits kommerziell etablierten Wasserelektrolyse zu Wasserstoff, stellt die Co-Elektrolyse von CO₂ und H2O (CO2RR) zu industriell verwertbaren Produkten (z.B. CO, HCOOH, HCHO, CH3OH, C2H4) jedoch eine große wissenschaftlich-technische Herausforderung auf dem Gebiet der Katalysatorentwicklung und Prozessführung dar. Im Gegensatz zum relativ einfachen Reaktionsmechanismus der Wasserstoff-Entwicklung (HER), erfolgt die CO2RR unter Beteiligung zahlreicher Elektronen und Protonen über kaskadisch ablaufende Reaktionsschritte. Diese Komplexität führt zu teilweise hohen elektrischen Überspannungen für diese Reaktionen und zu einem breiten Spektrum an Produktmischungen.

Neben den zurzeit international intensiv untersuchten anorganischen (metallischen) und molekularen Katalysatoren bilden funktionalisierte Kohlenstoffe eine neue, vielversprechende und besonders kostengünstige Katalysatorklasse. Diese zeichnet sich durch eine hoch leitende Kohlenstoffmatrix aus, in der Stickstoff und/oder Metallionen in variablen Zusammensetzungen chemisch integriert sind.

Erste Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden im renommierten Journal ACS Catalysis (Impact Factor 12,35) veröffentlicht. Link