Seit die Energiewende und der Wunsch nach Treibhausgasneutralität über den Energiesektor hinaus die Suche nach neuen industriellen Prozessen und Konzepten vorantreibt, erlebt die Elektrolyse einen ungeahnten Aufschwung. Einen Schwerpunkt bildet die Wasserstofferzeugung, aber sie ist bei weitem nicht das einzige Verfahren, für das es neue Ansätze gibt.

Ein herausragendes Beispiel für die Sektorkopplung über Elektrolyse bietet der „Energiepark“ der Mainzer Stadtwerke. Dort läuft seit 2018 eine Power-to-Gas-Anlage im Regelbetrieb und liefert Wasserstoff. Ursprünglich sollten damit vor allem Fahrzeuge betrieben werden. Bei denen bestehen allerdings derzeit Lieferengpässe. Deshalb wird der windbasierte Wasserstoff bislang zu großen Teilen dem Erdgas für die häusliche Versorgung beigemischt. Welche Erfahrungen man in Mainz in dem gemeinsamen Projekt mit Linde und Siemens gesammelt hat und was andere Standorte daraus lernen können, aber auch, welche Rahmenbedingungen noch verbessert werden müssen, ist eines der Themen beim Infoday Electrolysis in  Process Industry.

Generell besteht bei der Wasserelektrolyse noch Entwicklungsbedarf. In einem kürzlich erschienenen Review-Artikel aus dem Projekt Carbon2Chem wurden mehrere Elektrolyse-Technologien miteinander verglichen. Den Autoren zufolge stimmt der Energiebedarf von Anlagen zur alkalischen Elektrolyse (AEL), Protonen-Austausch-Membran(PEM)- und Feststoffoxid-Elektroden-Anlagen weitgehend überein. Relevant für die Auswahl des Elektrolyse-Prozesses seien externe ortsabhängige Faktoren, etwa die notwendige Flexibilität je nach Energiequellen, die von AEL und PEM eher erfüllt werden. SOEC könnte zukünftig aber eine interessante Alternative werden, um unter Steady-State-Bedingungen zu arbeiten. „Die Feststoff-Oxid-Elektrolyse hat eine ähnliche Effizienz für die Co-Elektrolyse wie heutige Dampfelektrolyse-Verfahren. Dass sie zusätzlich verfügbare Wärme nutzen kann, macht das Verfahren sehr passfähig für viele chemische und industrielle Anwendungen“, meint Mihails Kusnezoff vom Fraunhofer IKTS.

Jenseits der reinen Wasserstoffproduktion hat sich die Co-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid zu Synthesegas deutlich weiterentwickelt. Ein Aushängeschild ist das Projekt RHETICUS, in dem Siemens und Evonik ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlendioxid zu Butanol und Hexanol mit Hilfe von regenerativem Strom und Mikroorganismen entwickelt haben. Seit Herbst vergangenen Jahres läuft die Anlage; mit Beiersdorf wurde kürzlich ein weiterer Partner gefunden, um gemeinsam ein Konzept für die Herstellung nachhaltiger Kosmetikrohstoffe zu entwickeln.

Zwischenprodukt bei elektromikrobiellen Prozessen, bei denen die Mikroorganismen nach der Elektrolyse bzw. direkt mit Strom als Energiequelle eingesetzt werden, können z.B. Methanol oder Formiat sein. Gegenüber anderen C1-Bausteinen wie Methan bieten sie deutliche Vorteile, etwa die Löslichkeit bzw.  dass sie bei Standardbedingungen flüssig vorliegen und nicht gasförmig. Deshalb setzen Wissenschaft und Industrie große Hoffnungen in elektrosynthetische Verfahren. Fortschritte in der synthetischen Biologie und beim Pathway-Design versprechen neue Wege, die den bisherigen natürlichen Stoffwechselwegen weit überlegen sind und ganz neue Chemikalien zugänglich machen – und alles dank erneuerbarem Strom und CO₂!

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