Modellierung der elektrochemischen CO2-Reduktion an Gasdiffusionselektroden

Die elektrochemische Reduktion von CO­₂ ist ein vielversprechendes Verfahren zur Nutzung von Kohlenstoffdioxid als Rohstoff für chemische Synthesen bei gleichzeitiger Senkung der CO₂-Emissionen. Abhängig vom eingesetzten Katalysatormaterial ist ein sehr breites Produktspektrum möglich. Der Fokus dieses Projektes liegt auf der Herstellung von Synthesegas (CO+H₂), welches für eine Vielzahl chemischer Prozesse als Edukt benötigt wird, z.B. für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mittels Fischer-Tropsch-Synthese, an Silber-Gasdiffusionselektroden (GDE).  Diese GDE werden großtechnisch bereits als Sauerstoffverzehr-Kathoden in der Chlor-Alkali-Elektrolyse eingesetzt.

Bei der CO₂-Reduktion laufen neben den elektrochemischen Reaktionen mehrere protolytische Reaktionen im Elektrolyten ab, welche die lokalen Konzentrationsverhältnisse innerhalb der Elektrode stark beeinflussen.  Um ein besseres Verständnis für dieses komplexe System zu erhalten, soll ein mathematisches Modell entwickelt werden. Auf Basis von Validierungsmessungen soll das Modell das reale System möglichst genau beschreiben. Anschließend kann das Modell dazu genutzt werden, Vorhersagen über den Einfluss verschiedener Faktoren, wie beispielsweise der Reaktionsbedingungen oder der Struktur der GDE auf den Prozess der CO₂-Reduktion zu treffen. Langfristig soll das Modell durch verschiedene Erweiterungen zur Entwicklung und Optimierung von Betriebskonzepten für einen technischen CO₂-Elektrolyseur genutzt werden.