CO₂ IN NÜTZLICHE MOLEKÜLE UMWANDELN UND SAUERSTOFF FÜR DIE SAUERSTOFFVERBRENNUNG ERZEUGEN

Die Oxy-Verbrennung ist eine Technologie, bei der ein Brennstoff in Gegenwart von reinem Sauerstoff statt mit Umgebungsluft verbrannt wird. Dadurch entstehen Rauchgase, die hauptsächlich aus CO₂ und Wasserdampf bestehen, was die Abscheidung des CO₂ zur Speicherung oder Verwertung erleichtert. Die Herstellung von reinem Sauerstoff ist jedoch energieintensiv. Eine Alternative besteht darin, Verfahren zu entwickeln, mit denen CO₂ in nützliche Moleküle umgewandelt und gleichzeitig reiner Sauerstoff als Nebenprodukt erzeugt werden kann. 

1. Biologische Systeme: Die natürliche Photosynthese

Pflanzen, Algen und Cyanobakterien binden mithilfe von Licht CO₂ und produzieren dabei organische Moleküle wie Zucker, Lipide und organische Säuren. Bei der Oxidation des Wassers im Photobioreaktor wird Sauerstoff freigesetzt.

Vorteile : ein natürliches, direktes Verfahren, bei dem Sonnenenergie oder künstliche Energie mit geringem Verbrauch genutzt wird. 
Grenzen : Geringe Photosyntheseeffizienz (< 5 %), hoher Bedarf an Fläche und Ressourcen. 

2. Von der Photosynthese inspirierte künstliche Systeme: a) Künstliche Photosynthese: Dieser Ansatz orientiert sich an der natürlichen Photosynthese, weist jedoch einen höheren Wirkungsgrad auf. Untersuchungen des CNRS haben gezeigt, dass die Photokatalyse ein vielversprechender Weg für die Umwandlung von CO₂ sein kann, insbesondere in Kombination mit fortschrittlichen katalytischen Materialien. CNRS – Die Zeitschrift  b) Elektrolyse von CO₂: Die CO₂-Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem CO₂ an der Kathode reduziert wird, um Kraftstoffe oder Chemikalien herzustellen, während an der Anode Wasser oxidiert wird, um reinen Sauerstoff zu erzeugen. Dieses Verfahren bietet Flexibilität hinsichtlich der gewonnenen Produkte und lässt sich mit erneuerbaren Energiequellen kombinieren. Laut dem IFP Energies Nouvelles ist die CO₂-Elektrolyse eine in der Entwicklung befindliche Technologie, die ein erhebliches Potenzial für die Verwertung von CO₂ birgt, auch wenn hinsichtlich der Kosten und der Effizienz noch Herausforderungen bestehen. ifpenergiesnouvelles.fr
3. Thermochemische Zyklen mit MetalloxidenBei thermochemischen Kreisläufen werden Metalloxide wie Cer (CeO₂) zur Durchführung von Reduktions- und Oxidationsreaktionen verwendet. Bei hohen Temperaturen wird das Metalloxid reduziert, wobei reiner Sauerstoff freigesetzt wird. Dieses reduzierte Material wird anschließend durch CO₂ erneut oxidiert, wodurch CO entsteht und das Metalloxid regeneriert wird. Eine Dissertation der Universität Perpignan untersuchte den Einsatz thermochemischer Kreisläufe zur Herstellung synthetischer Solarbrennstoffe und hob deren Potenzial für die Verwertung von CO₂ hervor. theses.fr
4. Hybride AnsätzeEs entstehen kombinierte Lösungen zur Verbesserung der Effizienz der CO₂-Umwandlung: 
   • Photoelektrochemie (PEC) : Licht und Elektrolyse kombinieren, um den Wirkungsgrad zu steigern. 
   • Bioelektrochemie : Einsatz elektroaktiver Mikroorganismen, die mithilfe einer Stromquelle CO₂ reduzieren und dabei gleichzeitig O₂ produzieren. 
   Diese Ansätze zielen darauf ab, Wirksamkeit, Selektivität und Nachhaltigkeit miteinander zu verbinden.  

Fazit 

Die gleichzeitige Erzeugung von reinem Sauerstoff und aus CO₂ gewonnenen Zielmolekülen ist ein strategischer Ansatz, um die Sauerstoffverbrennung wettbewerbsfähiger zu machen. 

• Biologische Systeme : ein natürliches Verfahren, jedoch mit begrenzter Ausbeute. 
• Pkünstliche Photosynthese und CO₂-Elektrolyse : vielversprechende, aber energieintensive Technologien. 
• Thermochemische Zyklen : robust, in der Lage, reines CO und reinen O₂ zu produzieren, benötigen jedoch extreme Bedingungen. 
• Hybride Ansätze : Sie befinden sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, sind aber sehr vielversprechend, wenn es darum geht, Effizienz, Nachhaltigkeit und Leistung zu vereinen. 

Langfristig könnte eine optimale Integration dieser Systeme eine kreislaufwirtschaftliche Verwertung von CO₂ ermöglichen, verbunden mit einer Oxy-Verbrennung, die weniger von grauer Energie abhängig ist, und damit den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft unterstützen. 

Vor diesem Hintergrund, W-Plattform hat zur Förderung der Entwicklung der Sauerstoffverbrennung beigetragen, indem es eine innovative Lösung vorgeschlagen hat, die CO₂ in ein nützliches Molekül umwandelt, um Sauerstoff zu erzeugen.

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