Experimentelle Untersuchung der CO2-Abtrennung mittels einer elektrochemischen Durchflusszelle

Zur Reduktion anthropogener CO2-Emissionen werden neben konventionellen Carbon-Capture-Technologien zunehmend alternative Ansätze erforscht, die eine flexiblere und potenziell energieeffizientere CO2-Abtrennung ermöglichen sollen. Zu den in den letzten Jahren intensiv untersuchten Ansätzen zählen elektrochemische Methoden, bei denen die Aufnahme und Freisetzung von CO2 durch das Anlegen elektrischer Potentiale gesteuert werden und somit eine direkte Kopplung an erneuerbare Energiequellen ermöglicht wird. Dabei basiert die CO2-Abtrennung auf reversiblen elektrochemischen Redoxreaktionen, durch die die Bindungsfähigkeit der Systeme gezielt gesteuert werden kann. In dieser Arbeit wurde die CO2-Abtrennung aus der Gasphase in einer elektrochemischen Durchflusszelle experimentell untersucht. Der Fokus lag dabei auf einer verfahrenstechnischen Untersuchung der elektrochemischen Zelle, die mit funktionalisierten kohlenstoffbasierten Elektroden auf Basis von Anthrachinon-Derivaten und mit einem hochkonzentrierten wässrigen Elektrolyten betrieben wurde. Ergänzend dazu wurde ein speziell angepasstes Gas- und Messsetup aufgebaut, um die CO2-Konzentration im Gasstrom mittels NDIR-Gasanalytik zu erfassen. Die Ergebnisse zeigen, dass unter reduzierenden Bedingungen CO2 aus einem Gasstrom abgetrennt werden konnte, während oxidierende Bedingungen zu einer Freisetzung von CO2 führten. Eine Erhöhung der CO2-Eingangskonzentration auf 2,5 vol% führte zu keiner proportionalen Veränderung der gemessenen CO2-Signale. Zudem konnten systembedingte Einflüsse wie elektrodenbedingte Nebenreaktionen sowie Limitationen des Zelldesigns und des Versuchsaufbaus identifiziert werden.