Schnellere CO₂-Umwandlung: Zehn Experimente enthüllen Geheimnisse der synthetischen Kraftstoffe

BerlinForscher bei Empa haben ein automatisiertes System entwickelt, das CO₂-Elektrolyse-Experimente um das Zehnfache beschleunigt. Diese Innovation ermöglicht es ihnen, Katalysatoren, Elektroden und Reaktionsbedingungen deutlich schneller zu untersuchen.

Wissenschaftler nutzen kleine Geräte namens Reaktoren für diesen Prozess. Ihre Anlage besteht aus zehn Reaktoren. Jeder Reaktor ist mit verschiedenen Gas- und Flüssigkeitsanschlüssen sowie Instrumenten verbunden. Diese Geräte messen:

<ul>

<li>Druck</li>
<li>Temperatur</li>
<li>Gasströme</li>
<li>Flüssige und gasförmige Reaktionsprodukte</li>
</ul>

Forscher des Empa und des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben ein neuartiges System für die CO₂-Elektrolyse entwickelt, das weltweit einzigartig ist. Diese Arbeit ist Teil des SynFuels-Projekts und das Team hat ihr Design und ihre Software in der Zeitschrift Nature Catalysis veröffentlicht. Ihr Ziel ist es, schnell effektive Methoden zu finden, um CO₂ in synthetische Kraftstoffe umzuwandeln.

In einem herkömmlichen Verbrennungsmotor wird Kraftstoff verbrannt, um Wasser, CO₂ und Energie zu erzeugen. Theoretisch könnte diese Reaktion umgekehrt werden, indem man erneuerbare Energien nutzt, um CO₂ wieder in synthetischen Kraftstoff umzuwandeln. Doch dieser Prozess umfasst komplexe Reaktionen, die mehr als 20 verschiedene Substanzen erzeugen, und nicht nur den gewünschten Kraftstoff. Dies erschwert es, die richtigen Katalysatoren und Bedingungen zu finden.

Das neue System löst dieses Problem, indem es eine große Menge an hochwertigen Daten liefert. Diese werden automatisch mit präziser Zeitmessung erfasst. Da es auf dem Markt keine geeigneten Werkzeuge gab, arbeiteten die Forscher mit Agilent Technologies zusammen und entwickelten das weltweit erste Online-Flüssigkeitschromatographiegerät. Diese Maschine misst die Flüssigkeitsreaktionsprodukte in Echtzeit während der CO₂-Elektrolyse.

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Die Forscher beschleunigten ihre Experimente, was zu einer großen Menge an Daten führte. Um dies zu bewältigen, entwickelten sie leistungsstarke Open-Source-Software zur Datenanalyse. Zusätzlich beabsichtigen sie, die gesammelten Daten mit anderen Wissenschaftlern zu teilen, um neue Entdeckungen zu fördern.

Forschungsdaten werden häufig nach der Veröffentlichung von Ergebnissen zur Seite gelegt, was ineffizient ist. Ein Gemeinschaftsprojekt namens PREMISE, an dem Empa, PSI und die ETH Zürich beteiligt sind, will dies ändern. Ziel des Projekts ist es, standardisierte Methoden zur Speicherung und zum Austausch von Forschungsdaten zu entwickeln.

Forscher können von den Daten ihrer Kollegen profitieren. Diese Zusammenarbeit ist auch ein zentraler Bestandteil des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Katalyse, der nachhaltige Chemie zum Ziel hat. Ein neues CO₂-Elektrolysesystem wird in diesem bedeutenden nationalen Projekt eine wichtige Rolle spielen.

Empa-Forscher arbeiten daran, das System weiter zu verbessern. Sowohl die Hardware als auch die Software sollen optimiert werden. Ihre neuen Erkenntnisse und Daten werden sie mit anderen Schweizer Forschungseinrichtungen teilen. Dadurch können bessere synthetische Kraftstoffe entwickelt werden, die umweltfreundlich sind.

Die Forscher glauben, dass ihre Arbeit zukünftige Energiesysteme maßgeblich beeinflussen wird. Sie betonen, dass die offene Zugänglichkeit ihrer Werkzeuge und Daten ein wesentlicher Bestandteil ihres Plans ist. Dadurch hoffen sie, dass auch andere Wissenschaftler diesem Beispiel folgen, um den Fortschritt auf diesem Gebiet zu beschleunigen.