Die Empa ist am EU-Projekt «REACT» beteiligt, das Ethylen aus industriellen CO₂-Emissionen herstellen und so den Kohlenstoffkreislauf schliessen will. Plattformchemikalien wie Ethylen werden meist aus fossilen Rohstoffen hergestellt und verursachen erhebliche CO₂-Emissionen. Für die Umwandlung wird ein voll funktionsfähiges Elektrolysesystem entwickelt.
Das farblose, süsslich riechende Gas Ethylen ist ein natürliches Pflanzenhormon, das für die Reifung von Äpfeln, Tomaten und Bananen verantwortlich ist. Weltweit werden von dieser wichtigen Industriechemikalie jährlich über 300 Millionen Tonnen produziert. Sie dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung von vielen verschiedenen chemischen Produkten, von Kunststoffen bis hin zu Arzneimitteln.
95 % des Ethylens werden durch Steamcracking-Prozesse aus fossilen Rohstoffen hergestellt, was jährlich 260 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen ergibt. «REACT» («Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO₂ to Target products») soll eine erneuerbare Alternative bieten, die industrielle Emissionen in wertvolle Ressourcen umwandelt.
Zu Beginn konzentriert man sich auf Branchen wie die Stahl-, Zement- und Chemieindustrie, in denen Emissionen nur schwer reduziert werden können. Mit einem neuartigen, verunreinigungstoleranten elektrochemischen Tandemverfahrens kann «REACT» industrielle CO₂-Ströme geringer Reinheit direkt in wertvolle chemische Produkte umwandeln und teure Vorbehandlungen deutlich senken. Somit entsteht aus unvermeidbaren CO₂-Emissionen ein wertvoller Ausgangsstoff für Chemikalien und Materialien der nächsten Generation.
Ein Schritt näher an der Umsetzung
«Wir arbeiten schon seit einigen Jahren im Labormassstab an der CO₂-Elektrolyse», sagt Corsin Battaglia, Leiter des Empa-Labors «Materials for Energy Conversion». Das Ziel des REACT-Projekts ist, einen funktionsfähigen Prototypen eines Elektrolyseurs für die Umwandlung von CO₂ in Ethylen zu entwickeln und damit den technologischen Reifegrad deutlich zu erhöhen», erläutert der Forscher. Battaglias Team untersucht den Einfluss von Verunreinigungen in industriellen CO₂-Abgasen auf die Wirksamkeit und die Lebensdauer des im Elektrolyseur verwendeten Katalysators. Ein an der Empa entwickeltes automatisiertes System ermöglicht bis zu zehn Experimente gleichzeitig.
Die Empa-Forschungsinitiative «Mining the Atmosphere» sucht Methoden, um das Treibhausgas aus der Atmosphäre zu entfernen. Es kann langfristig gespeichert oder in nützliche chemische Produkte umgewandelt werden und so den Kreislauf schliessen.
«REACT» fördert kreislauforientierte Kohlenstoff-Wertschöpfungsketten, stärkt die industrielle Autonomie Europas und trägt zum Übergang zu einer klimaneutralen chemischen Produktion bei.
Das Projekt integriert zudem innovative Materialien, fortschrittliche Überwachungssysteme und Digital-Twin- Technologien, um Effizienz, Langlebigkeit, Skalierbarkeit und wirtschaftliche Machbarkeit zu verbessern. «Was wir im Rahmen von ‹REACT› lernen und entwickeln, wird auch dazu beitragen, andere CO₂-Umwandlungstechnologien voranzubringen, beispielsweise zur Herstellung synthetischer Treibstoffe», fasst Battaglia zusammen.
