Wirkungsgrad der CO2-Umwandlung optimiert

Industriell einsetzbare Methode rückt näher - MIT-Forscher konzentrieren sich auf Sensorsystem

So sieht ein Künstler den komplizierten Elektrolyse-Prozess (Bild: mit.edu)

Cambridge (pte003/13.01.2022/06:10)

Kohlenstoffdioxid (CO2) lässt sich, ähnlich wie Wasser, per Elektrolyse spalten. Dazu wird es in Wasser gelöst und einer elektrischen Spannung ausgesetzt. Je nach Prozessführung entsteht dabei neben Sauerstoff reiner Kohlenstoff, ein chemischer Rohstoff oder Sprit für Autos, Flugzeuge und Schiffe.

Doch was im Labor klappt scheitert meist, wenn die Anlage größer wird und im industriellen Maßstab produzieren soll. Forscher am Massachusetts Institute of Technology https://web.mit.edu/ (MIT) in Cambridge/USA haben den Grund für die Misere gefunden und gleich ein Rezept entwickelt, wie man sie beheben kann.

[b]Statt CO2 wird Wasser gespalten[/b]

Nach mehr oder weniger kurzer Zeit spaltet der Elektrolyseur nicht mehr CO2, sondern Wasser, was in diesem Zusammenhang unerwünscht ist, weil es den Wirkungsgrad des Prozesses schmälert, auf den es ankommt, eben die Umwandlung von CO2 in nützliche Produkte. Der Elektrolyseur weicht auf die Wasserspaltung aus, weil sich nach einer gewissen Zeit in der Nähe der Elektroden kaum noch CO2-Moleküle befinden, weil sie alle aufgespalten worden sind. Wen man die Spannung nicht kontinuierlich aufrechterhält, sondern ab und zu den Strom mal ausschaltet, kann die CO2-Konzentration nahe den Elektroden wieder steigen, so dass der erwünschte Spaltungsprozess wieder beginnt, wenn die Spannung erneut aufgebaut wird.

[b]Es kommt auf den Katalysator an[/b]

Mitentscheidend für den Erfolg des Prozesses ist der Katalysator, der die Spaltung ermöglicht. Kripa Varanasi, Pofessor für Maschinenbau, sein Post-Doc Alvaro Moreno Soto und sein Doktorand Jack Lake arbeiteten mit drei verschiedenen Katalysatoren und konzentrierten sich darauf, ein Sensorsystem zu entwickeln, mit dem sie exakte Informationen darüber bekommen, wann der richtige Zeitpunkt zum Abschalten und Wiedereinschalten des Stroms ist. Sie setzten ausgefeilte Analysetechniken einschließlich Gaschromatographie ein und landeten schließlich bei einer einfachen pH-Analyse. Sie gibt Aufschluss über den Säuregehalt des Wassers. Er nimmt ab, je weniger CO2 darin gelöst ist.

[b]Maschinelles Lernen soll weiterhelfen[/b]

Diese Möglichkeit, die Reaktion in Echtzeit einfach zu überwachen, könne zu einem System führen, das durch maschinelles Lernen optimiert wird und die Produktionsrate der gewünschten Verbindungen durch kontinuierliches Feedback steuert, sagt Soto.

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