Als einer der wichtigsten Ausgangsstoffe in der chemischen Industrie gehört Methanol zu den meisthergestellten Chemikalien der Welt. Die Methanolsynthese aus recyceltem CO2 und regenerativ erzeugtem H2 wurde beispielsweise schon im Projekt MefCO2 – Methanol fuel from CO2 im Innovationszentrum in Niederaußem erfolgreich demonstriert. Ziel der Wissenschaftler und Ingenieure im europäischen Forschungsvorhaben LOTER.CO2M war es den Prozess zur Herstellung von Methanol aus CO2 und erneuerbarem Strom einfacher und effizienter zu machen.
Während bisher eine separate Wasserelektrolyse zur Wasserstofferzeugung und eine Synthesetechnik bei hohen Temperaturen und Drücken hierfür erforderlich waren, zielte LOTER.CO2M darauf ab, dass Methanol direkt elektrochemisch bei annähernd atmosphärischem Druck und Temperaturen um 100°C hergestellt wird. Unter der Federführung des DLR – Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum e.V. - arbeiteten neun Firmen und Forschungseinrichtungen aus sechs Nationen zusammen, um eine Co-Elektrolyse von kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen – im Wesentlichen Alkohole wie Methanol – aus CO2 und Wasser zu realisieren.
Das Projekt startete Januar 2018 und endete nach dem Test der Technik in Niederaußem im März 2022. Die aus dem Bau und Betrieb der Anlage gewonnenen Ergebnisse flossen direkt in das Folgeprojekt ECO2Fuel ein.
Der Projektablauf
Die elektrochemische Umwandlung von Methanol in CO2 und Wasser unter Freisetzung elektrischer Energie ist seit längerem bekannt und wird als Direkt-Methanol-Brennstoffzelle bezeichnet. Im Projekt LOTER.CO2M wird dieser Vorgang umgekehrt: CO2 und Wasser reagieren in einem speziellen Elektrolyseur zu Methanol und weiteren kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen, sobald eine elektrische Spannung anliegt.
Das Akronym “LOTER.CO2M” steht für den sperrigen Projekttitel “CRM1-free Low Temperature Electrochemical Reduction of CO2 to Methanol”, zu Deutsch etwa „Elektrochemische Reduktion von CO2 zu Methanol bei niedrigen Temperaturen und ohne Verwendung kritischer Rohstoffe“. Von Beginn an wird bei der Entwicklung auf Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung geachtet, indem kritische Rohstoffe wie seltene Erden (z.B. Cer und Yttrium) und Metalle der Platin-Gruppe (z.B. Palladium und Rhodium) nicht eingesetzt werden, auch wenn sie katalytisch wirksam sind.
Wesentliche Aufgaben im Projekt betreffen die Herstellung geeigneter Katalysatoren für die elektrochemische Reaktion an den Elektroden, die Wahl eines Elektrolyten (sauer oder alkalisch) und die Zu- und Abfuhr der Reaktanden und Produkte über gasdurchlässige Verteiler und Sammler.
Am Ende der Entwicklung steht ein Elektrolyse-Stack aus rund 30 Zellen mit etwa 100 cm² aktiver Fläche je Zelle. Seine elektrische Leistung wird etwa 2-3 kW betragen, genug um täglich etwa zehn Liter Methanol bzw. andere kohlenstoffhaltige Kraftstoffe aus CO2 und Wasser zu erzeugen. Der Elektrolyseur wird mit allen Nebenaggregaten in einem handelsüblichen 20‘-Container untergebracht und im Innovationszentrum in Niederaußem aufgestellt, wo er dann CO2 aus der dort vorhandenen CO2-Wäsche-Pilotanlage recycelt.
1 CRM = critical raw materials
