BEES-4-CO2RR

Projektbeschreibung

Die elektrokatalytische CO₂-Reduktion (CO₂RR) gilt als einer der vielversprechendsten Ansätze, um CO₂ als wertvollen Rohstoff in der Energiewende zu nutzen. Im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien ermöglicht sie die Umwandlung von abgeschiedenem CO₂ in klimafreundliche Energieträger und chemische Grundstoffe. Das Projekt BEES-4-CO₂RR – Bioinspired Electrodes for Efficient and Scalable electrocatalytic CO₂ reduction to high added-value products entwickelt dafür hocheffiziente, nachhaltige und industriell skalierbare Katalysatorelektroden. Diese werden in einen skalierbaren Durchflussreaktor integriert, um CO₂ effizient in Methan (CH₄) und andere Kohlenwasserstoffe umzuwandeln.

Im Mittelpunkt steht ein naturinspiriertes Elektrodenkonzept auf Gasdiffusionselektroden (GDEs), das poröse, gesputterte Cu- und Cu-Zn-Katalysatoren mit bioinspirierten, polyionischen Flüssigkeitsstrukturen kombiniert. Diese werden mithilfe von Nanoimprint-Lithographie (NIL) präzise aufgebracht und strukturiert. Die so entwickelten CO₂-Elektroden vereinen zentrale Funktionen wie optimale Benetzung, verbesserte Katalyse, Vermeidung von Elektrodenflutung und hohe Leitfähigkeit. BEES-4-CO₂RR adressiert damit zentrale Herausforderungen der CO₂RR und schafft eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und anwendungsnaher, skalierbarer Technik für Energie- und Chemieindustrie

Projektziele und technische Innovation

Ziel von BEES-4-CO₂RR ist die Entwicklung bioinspirierter, multifunktionaler Elektroden für die elektrokatalytische CO₂-Reduktion zu CH₄ und anderen Kohlenwasserstoffen mit hoher Effizienz, Stabilität und Skalierbarkeit. Im finalen System soll eine Faradaische Effizienz für CO₂-zu-CH₄ von bis zu 85 %, eine Stabilität von über 100 Stunden sowie eine Stromdichte von >100 mA/cm² erreicht werden.

Technisch innovativ ist die Kombination aus gesputterten Cu- und Cu-Zn-Legierungskatalysatoren mit speziell designten polyionischen Flüssigkeitsschichten, die mittels NIL strukturiert werden. Die bioinspirierte Mikro- und Nanostrukturierung erzeugt (super)hydrophile und (super)aerophobe Oberflächen für ideale Benetzung und schnellen Gasabtransport. Selektive Cu-Zn-Katalysatoren und imidazolium-funktionalisierte Polymere aktivieren gelöstes CO₂ an der Dreiphasengrenze und steigern die Ausnutzung des CO₂. Hydrophobe, nicht-fluorierte Polymerfolien verhindern Elektrodenflutung, während eingebettete Cu-Spezies und Cu-Inseln im Polymer die elektrische Leitfähigkeit und Selektivität erhöhen. Alle Prozessschritte – Sputtern, NIL, Flow-Reaktor-Design – sind gezielt auf industrielle Upscalability ausgelegt

Effiziente CO₂-Nutzung: Vorteile für Energiewende, Industrie und Forschung

• Für die Energiewende: Die elektrochemische Umwandlung von CO₂ in Methan und andere Kohlenwasserstoffe schafft eine nachhaltige Power-to-Gas- und Power-to-X-Lösung und reduziert Treibhausgasemissionen.
• Für Energie- und Chemieindustrie: Skalierbare, langlebige CO₂RR-Elektroden senken Prozesskosten, ermöglichen dezentrale Produktion von Energieträgern und hochwertigen Chemikalien und verringern die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen.
• Für Forschung & Technologieentwicklung: Das Projekt setzt neue Maßstäbe in der Gestaltung bioinspirierter Gasdiffusionselektroden, im Einsatz nicht-kritischer Rohstoffe und in der NIL-basierten Mikrostrukturierung.
• Für den Standort: Mit AIT, Luxinergy und PROFACTOR stärkt BEES-4-CO₂RR die österreichische und europäische Innovationskraft im Bereich CO₂-Utilization und grüner Medizintechnik – und schafft damit Export- und Kooperationschancen in einem dynamisch wachsenden Markt.