Das EU-Projekt ECO2Fuel hat neue Ergebnisse zur Ko-Elektrolyse von CO2 und Wasser bei niedriger Temperatur vorgelegt. Bei der CO2-Elektrolyse wird Kohlendioxid mit elektrischem Strom chemisch in andere Stoffe umgewandelt, zum Beispiel in Kohlenmonoxid, Ethylen oder andere Kohlenwasserstoffe. Dafür braucht das System neben CO2 in der Regel Wasser und Katalysatoren; so entstehen Grundstoffe für Chemikalien oder synthetische Kraftstoffe.Nach Projektangaben erreichte eine Zelle mit Anionenaustauschmembran (AEM) 69 bis 70 Prozent Faraday-Wirkungsgrad zu kohlenstoffhaltigen Produkten. Dabei handelt es sich allerdings keinesfalls um die energetische Effizienz des Systems. Der Wert beschreibt vielmehr, welcher Anteil des eingesetzten Stroms beziehungsweise der übertragenen Elektronen tatsächlich in Kohlenstoffprodukte fließt.
Rechnet das Projekt den gleichzeitig entstehenden Wasserstoff hinzu, liegt die gesamte Faraday-Ausbeute nach eigenen Angaben nahe 100 Prozent. Das heißt, dass der Strom fast vollständig in messbaren Reaktionsprodukten wiederzufinden ist, also wenige Nebenprodukte entstehen. Der energetische Wirkungsgrad wird in der Quelle nicht genannt.
Die Arbeiten konzentrieren sich auf die Membran-Elektroden-Einheit (MEA), also das Kernbauteil des Elektrolyseurs. Die getestete Konfiguration kombiniert Kupferoxid (CuOx) an der Kathode, an der CO2 reduziert wird, mit einem Katalysator auf Nickel-Eisen-Basis (NiFe) an der Anode für die Sauerstoffentwicklung. Die AEM übernimmt den Ionentransport und soll unerwünschten Stoffdurchtritt begrenzen.
Nach Projektangaben blieb das System in Langzeittests über mehr als 800 Stunden bei 300 mA/cm2 in Betrieb. Die Zellspannung lag dabei je nach Versuchsbedingungen bei rund 2,1 bis 2,25 Volt. Im Produktgemisch überwogen gasförmige gegenüber flüssigen Produkten. Das sei ein Hinweis darauf, dass für die Herstellung flüssiger E-Fuels weitere Prozessschritte wichtig bleiben.
Für das Konsortium sind die Ergebnisse nach eigener Darstellung vor allem mit Blick auf die Skalierung relevant. Sie sollen das technische Risiko beim Übergang von der Einzelzelle zu Stack-Konfigurationen senken. Im Projekt entsteht nach Angaben der Beteiligten zudem ein 50-kW-System. ECO2Fuel ist ein EU-Projekt im Programm Horizon 2020. Langfristig soll ein Niedertemperatur-System zur direkten elektrochemischen CO2-Umwandlung im Megawatt-Maßstab entwickelt werden.
