Die Dringlichkeit der Reduzierung von CO2-Emissionen hat die Forschung zur CO2-Elektrolyse in den letzten Jahren erheblich vorangetrieben. Am 12. Juni 2025 wurde eine umfassende Roadmap vorgestellt, die strategische Ansätze zur Verknüpfung von CO2-Quellen und -Senken beschreibt. Die Studie, durchgeführt von renommierten Institutionen wie dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, dem Forschungszentrum Jülich, der RWTH Aachen und der Ruhr-Universität Bochum, analysiert über 5.000 Publikationen zur CO2-Elektroreduktion und bietet wertvolle Einblicke in die zukünftige Entwicklung dieser Technologie. Laut news.rub.de steht das Ziel dieser Roadmap im Fokus, Anwendungsszenarien für CO2-Elektrolyse-Technologien zu entwickeln.
Die Betrachtungen umfassen verschiedene Schwerpunkte, darunter Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Elektrolyse für Produkte wie Kohlenmonoxid, Ameisensäure sowie Ethylen und Ethanol. Insbesondere wird die Identifikation relevanter Punktquellen und CO2-Rückgewinnungsprodukte für unterschiedliche Kopplungsszenarien betont. Ein zentraler Aspekt ist die Annahme, dass CO2-Quellen in drei Phasen durchlaufen: Zunächst wird CO2 direkt aus industriellen Punktquellen gewonnen, gefolgt von einer Mischform aus Punktquellen und Direct Air Capture (DAC), bis DAC schließlich als primäre CO2-Lieferquelle neben großen Emittenten etabliert wird.
Technologische Fortschritte und Herausforderungen
Die Hochtemperaturelektrolyse (SOE) spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von CO2 in synthetische Kohlenwasserstoffe, was als erfolgversprechender Ansatz zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen hervorgehoben wird. Laut ikts.fraunhofer.de zeigt die Literatur, dass der Elektrolysebetrieb mit Wasserdampf und der Co-Elektrolyse bei Temperaturen unter 800 °C mit hohen Degradationsraten konfrontiert ist. Fraunhofer IKTS hat daher innovative CFY-Stacks entwickelt, die mit bis zu 40 Hochleistungs-ESCs ausgestattet sind, um die Langzeitstabilität zu verbessern.
Die Entwicklung von Zero-Gap Elektrolyseuren wird ebenfalls als vielversprechend angesehen. Diese Systeme bieten die Möglichkeit, CO2 effizient aus Abgasen oder der Atmosphäre zu elektrochemisch zu reduzieren. Eine Untersuchung durch die Ruhr-Universität Bochum und die RWTH Aachen hat gezeigt, dass durch Optimierungen in Stabilität und Wirkungsgrad der produzierten Stoffe wie Kohlenmonoxid signifikante Fortschritte erzielt werden können. Die Zero-Gap Konstruktion minimiert den ohmschen Widerstand, was zu höheren Teilstromdichten führt.
Skalierbarkeit und Optimierung
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Skalierbarkeit der bestehenden elektrolytischen Systeme. Forscher identifizieren skalenfähige Prozesse und deren Auswirkungen auf die Optimierung, um die Effizienz der CO2-Reduktion zu maximieren. Es wird darauf hingewiesen, dass eine simple Änderung in der Ausrichtung der Elektrolysezelle dramatische Auswirkungen auf die Performance haben kann. Die Stabilität der Elektrolyseure wurde durch gezielte Anpassungen auf bis zu 10 Stunden bei 3 V und 300 mA cm-2 deutlich verbessert. Der Faradaysche Wirkungsgrad für die Produktion von Kohlenmonoxid konnte in einer zweistündigen Elektrolyse von 14 % auf über 60 % gesteigert werden, was die Wirksamkeit der verwendeten Technologien unterstreicht, wie auch auf circular-technology.com berichtet wird.
Insgesamt verdeutlichen die jüngsten Entwicklungen, dass die CO2-Elektrolyse nicht nur eine tragende Säule zur Bekämpfung des Klimawandels darstellt, sondern auch zahlreiche industrielle Anwendungen ermöglichen kann. Der weitere Forschungsbedarf sowie die Erschließung neuer Kollaborationen werden als Schlüssel zum Erfolg dieser Technologien angesehen.
