Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHTCarbon Management
Chancen, Herausforderungen und Verbesserungsmöglichkeiten bei der großtechnischen Integration von CO2-Quellen und Elektrolyseuren
Was sind die vielversprechendsten CO2-Punktquellen? Wie lässt sich der Reifegrad verschiedener Reaktorkonstruktionen bestimmen? Und welches Zielprodukt hat das höchste Drop-in-Marktpotenzial? Auf dem Weg zur Industrialisierung der CO2-Elektrolyse sind noch einige Fragen offen. Antworten liefert eine Roadmap für die Verknüpfung von CO2-Quellen und -Senken – aufgestellt von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, des Forschungszentrums Jülich, der RWTH Aachen und der Ruhr-Universität Bochum.
Für ihre Prognosen für den Zeitraum bis 2050 haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über 5000 Publikationen zum Thema CO2-Elektroreduktion analysiert. Ihre Schwerpunkte: die Niedertemperatur- und die Hochtemperatur-Elektrolyse für die drei Produktklassen CO, Ameisensäure und Ethylen/Ethanol. Ihr Ziel: die Lücke zwischen akademischen Übersichten zum Fortschritt der CO2-Reduktion (CO2R) und industriellen Punktquellen zu schließen.
Langfristige Perspektive auf das Potenzial der CO2-Elektrolyse
Mit Blick auf die branchenübergreifende Abstimmung von Quellen und Senken haben die Forschenden die relevantesten Punktquellen und CO2R-Produkte für Kopplungsszenarien identifiziert. Darüber hinaus haben sie die Leistungsfähigkeit verschiedener CO2R-Produkte in verschiedenen Zellkonfigurationen bewertet und dabei wichtige Erfolge, Trends und Verbesserungsmöglichkeiten hervorgehoben – sowohl die aktuellen CO2-Emissionen und Marktanforderungen als auch Prognosen für 2050 berücksichtigend.
Ein Beispiel: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Art der CO2-Quellen, die großtechnische CO2-Elektrolysetechnologien betreiben, drei Phasen durchlaufen werden: 1) direkt aus industriellen CO2-Punktquellen, über b) eine Mischung aus CO2-Punktquellen und Direct Air Capture (DAC) bis hin zu c) der primären Betriebsstätte von DAC als CO2-Lieferant neben unvermeidbaren Großemittenten wie Zement- und Müllverbrennungsanlagen.
»Unsere Roadmap liefert Schlussfolgerungen zu den wahrscheinlichsten Anwendungsszenarien für jede Technologie und ist dadurch ein wertvoller Fahrplan für die Industrie: Wann, wo, wie und für welches Produkt kann die CO2-Elektrolyse eine attraktive Technologie sein?«, fasst Prof. Ulf-Peter Apfel von Fraunhofer UMSICHT zusammen.
Die kompletten Ergebnisse sind im Artikel »Closing the Carbon Cycle: Challenges and Opportunities of CO2 Electrolyser Designs in Light of Cross-Industrial CO2 Source-Sink Matching in the European Landscape« nachzulesen – erschienen im Journal »Energy & Environmental Science«: https://s.fhg.de/iTNk.
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