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PROPHECY - Prozesskonzepte für die Photokatalytische CO2-Reduktion verbunden mit Life-Cycle-Analysis

PROPHECY - Prozesskonzepte für die Photokatalytische CO2-Reduktion verbunden mit Life-Cycle-Analysis
Projektteam:

Patyk, Andreas (Projektleitung); Jörg Burkhardt; Dominik Poncette; Eva Wendeberg

Förderung:

BMBF

Starttermin:

2016

Endtermin:

2019

Projektpartner:

Leibniz-Institut für Katalyse, Rostock (Koordination); Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

Forschungsbereich:

Energie - Ressourcen, Technologien, Systeme

Projektbeschreibung

CO2-Emissionen aus der energetischen Nutzung von fossilen Brennstoffen durch den Menschen sind die Hauptursache des anthropogenen Treibhauseffektes. Ohne drastische Reduktion der CO2-Emissionen werden sich die Lebensbedingungen auf der Erde dramatisch ändern. Andererseits sind fossile Energieträger, insbesondere Erdöl und Erdgas, wichtige „bequeme“ Ausgangsstoffe für Kraftstoffe und eine Vielzahl von Chemieprodukten, die wesentliche Grundlagen unserer Lebensweise darstellen. Ihre Verfügbarkeit ist, wenngleich nicht kurzfristig, endlich. Ein energetisch und stofflich effizientes, kostengünstiges Verfahren zum CO2-Recycling könnte einen Beitrag leisten zur Reduktion der CO2-Emissionen und der Verwendung fossiler Rohstoffe. Die Erreichung dieser Effekte setzt natürlich voraus, dass energetische und eventuell notwendige stoffliche Inputs aus regenerativen Quellen stammen. Ein erfolgversprechender Ansatz ist die photokatalytische CO2-Reduktion.

Ziel des Gesamtvorhabens ist die Ausbeute- und Selektivitätssteigerung der photokatalytischen CO2-Reduktion, um durch CO2-Recycling eine neue Rohstoffbasis für C(1+x)-Chemikalien zu erschließen. Für das Basis-Reaktionsgemisch „CO2 + H2O“ und den Referenzkatalysator TiO2 wurden bislang nur sehr geringe Umsätze beobachtet. Zur Überwindung der Reaktionsträgheit des Gemisches und damit zur Erreichung wirtschaftlich interessanter Ausbeuten sollen zwei Strategien verfolgt werden:

  1. Die Prozessführung soll durch Zusatz reaktiver Additive zum Reaktionsgemisch optimiert werden. Als Additive werden Stoffe eingesetzt, die aus regenerativen Quellen erzeugt werden bzw. erzeugt werden können (z.B. PV-Elektrolyse-Wasserstoff, Bio-Methan, Bio-Ethanol).
  2. Neue Synthesestrategien in der Katalysatorentwicklung sollen zu hocheffizienten Photokatalysatoren führen. Stöchiometrie, Porosität und Defektstrukturen der Materialien sollen gezielt eingestellt werden und die Skalierbarkeit der Katalysatoren geprüft werden.

Das Ziel des Teilvorhabens des ITAS besteht darin, den Projektpartnern die systemanalytischen Informationen zu liefern, die notwendig sind zur Effizienz- und Nachhaltigkeitsoptimierung des neuen Prozesses. Analysegegenstände sind Umweltwirkungen und Kosten, die unter folgenden Aspekten mit lebenszyklusbezogenen Methoden (LCA, LCC) bestimmt werden:

  1. Optimierung des PROPHECY-Prozesses selbst unter Einbindung in chemische Produktionssysteme und Energiewandlungssysteme.
  2. Positionierung des PROPHECY-Prozesses im Vergleich mit Konkurrenzsystemen.

In den lebenszyklusbezogenen Analysen werden auch die Prozesse berücksichtigt, die nicht unmittelbarer Gegenstand der F&E-Arbeiten in PROPHECY sind, aber unvermeidbar Teile des Gesamtsystems zur Erzeugung der gewünschten Reduktionsprodukte (Bau der Apparate, Produktion der Materialien dazu, Produktion der Additive usw.). Damit soll gewährleistet werden, dass keine Schwachstellen in vor- und nachgelagerten Prozessen verborgen bleiben oder durch Optimierungen im Hauptprozess evtl. sogar erst verursacht werden (z.B. funktionell optimales neues Material mit umweltschädlicherer Herstellung).

Die Analysen erfolgen als F&E-Begleitung in enger Kooperation mit den technischen Partnern. Das ermöglicht die Nutzung von Nachhaltigkeitsinformationen bereits in frühen Phasen der F&E-Arbeiten und damit ggf. nötige Kurskorrekturen mit minimiertem Aufwand durchzuführen.

Kontakt

Dr. Andreas Patyk
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-24606
E-Mail