MIT-Elektrode verwandelt CO2 in Wertstoffe

Hightech-Teflongeflecht mit integriertem Kupferleiter (vergrößert) (Bild: mit.edu)

Cambridge (pte023/14.11.2024/11:30) - Forscher des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu/ ) (MIT) haben eine neue Elektrode zur drastischen Verbesserung der Umwandlung von CO2 in Wertstoffe entwickelt. Kripa Varanasi und sein Doktorand Simon Rufer haben sich zunächst auf die Herstellung von Ethylen aus CO2 konzentriert. Das ist ein wichtiger Rohstoff für die Chemiebranche zur Herstellung von Kunststoffen, der heute aus Erdöl gewonnen wird.

1.000 Dollar pro Tonne

Derzeit wird Ethylen für etwa 1.000 Dollar pro Tonne verkauft, daher ist es das Ziel, diesen Preis zu erreichen oder zu unterbieten. Der elektrochemische Prozess, der CO2 in Ethylen umwandelt, benötigt Wasser als Wasserstoffspender und elektrischen Strom, der das Wasser spaltet und den dabei entstehenden Wasserstoff mit dem CO2 zu Ethylen verschmelzen lässt. Das Besondere an dem neuen Verfahren: Der Strom wird über neu konzipierte Gasdiffusionselektroden eingeleitet.

Diese Elektroden müssen einerseits gute elektrische Leiter sein, damit der Strom, der den Prozess antreibt, nicht durch Widerstandserwärmung verschwendet wird. Andererseits muss er wasserabweisend sein, damit die wasserbasierte Elektrolytlösung nicht durchläuft und die an der Elektrodenoberfläche ablaufenden Reaktionen stört. Beide Eigenschaften schließen sich jedoch weitgehend aus. Je hydrophober die Elektrode ist, desto geringer ist ihre Leitfähigkeit - und umgekehrt.

Widerspruch aufgelöst

Die von Rufer und Varanasi entwickelte Lösung des Widerspruchs ist in ihrer Einfachheit elegant. Die Fachleute nutzen den Kunststoff PTFE (Teflon), der für seine guten hydrophoben Eigenschaften bekannt ist. Er ist jedoch wenig leitfähig. Um das zu ändern, haben die Experten die Teflon-Folie mit hochleitfähigen Kupferdrähten durchzogen. Dieser Webprozess lässt sich leicht in bestehende Fertigungsprozesse integrieren, selbst in einem groß angelegten Rolle-zu-Rolle-Verfahren, so Varanasi.

Um die Robustheit ihres Systems zu demonstrieren, haben die MIT-Forscher eine Testelektrode 75 Stunden lang ununterbrochen laufen lassen, wobei sich deren Leistung kaum veränderte. Laut Rufer ist ihr System "die erste PTFE-basierte Elektrode, die den Labormaßstab in der Größe von fünf Zentimetern oder kleiner überschritten hat".

Das bedeutet, dass das Verfahren hat das Potenzial, im großen Stil für die klimaneutrale oder sogar klimaschützende Nutzung von CO2 eingesetzt zu werden. Die MIT-Wissenschaftler glauben vor dem Hintergrund ihrer erfolgreichen Experimente im Labor, dass sie mit ihrem Verfahren den angestrebten Produktionskosten nahekommen können.

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