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Electrochemical Reduction of CO2 and CO to Methane

Media Type: Presentation
Die Nutzung von Überschussenergie zur Erzeugung von Stoffen, die man einfach und über mehrere Monate speichern kann, ist ein Zukunftsthema, das die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern reduzieren und die CO2 Emissionen eindämmen könnte. Nach ausführlichen Überlegungen entschied ich mich, das Forschungsthema mit meinem Projekt „Untersuchungen zur elektrochemischen Reduktion von CO2 und CO zu Solarmethan“ anzugehen.
Sollte das Verfahren mit akzeptablen Wirkungsgraden realisierbar sein, dann hätte es viele Vorteile. Elektrolyseprozesse laufen bei Normaltemperatur, die Anlagengröße ist leicht skalierbar, sodass Anlagen auch dezentral gebaut werden können. Um eine Elektrolyse betreiben zu können wird elektrische Energie gebraucht, denn erst dadurch kann eine chemische Reaktion passieren.
Man kann Überschussenergie nutzen, weil die Anlagen schnell ein- und ausgeschalten werden können. Beispielsweise entstehen an sehr sonnen- und windreichen Tagen oft Energiespitzen, welche nicht ausgenützt werden können. Die zu viel erzeugte Energie geht verloren, da elektrische Energie nur begrenzt gespeichert werden kann. Somit werden zwei wichtige Aspekte berücksichtigt, da einerseits keine bereits produzierte Energie verloren geht und man andererseits eben diese Energie nützt um eine chemische Reaktion in Gang zu setzen. Das Endprodukt, Energie gebunden in chemischer Form, ist speicherbar.
Ein weiterer Vorteil ist, dass man ein ansonsten schädliches Restprodukt in etwas umwandeln kann, das weiterverwendet werden kann. Denn Methan ist nichts weiter als aufbereitetes Biogas und kann wieder als Energielieferant verwendet werden.
Nach viel Literaturrecherche bereits in den Sommerferien begann meine praktische Arbeit mit dem Erstellen von Konstruktionsplänen und der Herstellung meiner mechanischen Komponenten. Die Literaturarbeit zieht sich durch das ganze Projekt durch, da viele verschiedene Details beachtet und Möglichkeiten überlegt werden müssen. Nachdem die mechanische Arbeit abgeschlossen war startete ich mit Vorbereitungen für die Komponenten der Elektrolyse.
Nach dem Zusammenstellen aller Komponenten wurden die ersten Elektrolyseversuche durchgeführt und verschiedenen Elektroden ausgetestet sowie Parameter angepasst und verbessert.
Project Description in English
The use of surplus energy to generate substances, that can be stored easily over several months is a future issue that could reduce the dependency on fossil fuels and decrease CO2 emission. After detailed considerations, I decided to approach the project “Research on the electrochemical reduction of CO2 and CO to methane”.
If the process is feasible with acceptable efficiencies, if would have many advantages. Electrolysis processes run at normal temperatures, the electrolysis cell-size is easily scalable. Due to this they can also be decentralized. In order to be able to operate the electrolysis, electrical energy is needed. Only then, a chemical reaction can happen.
Excess energy can be used because the system can be switched on and off quickly. On very sunny and windy days for example, energy peaks occur that cannot be fully exploited. The extra energy is lost, because electrical energy can only be stored to a limited extend. Thereby, two birds can be hit with one stone. On the one hand, no already generated energy gets lost and on the other hand, exactly this energy is being used, to so start a chemical Reaction. The final product, energy bound in chemical form, can be stored.
Another advantage is that an otherwise harmful residual product can be converted into something, which has further use. Methane is nothing more than biogas and can be used as an easily stored energy supplier.
After loads of literature research, already during the summer break, the practical work began with designing the construction plans and building of the mechanical components. The literature research was necessary throughout the whole project, because many different details and possibilities had to be well-considered. After the mechanical work was done, the electrodes were prepared and optimized and the electrolyte was cleaned electrolytically.
After assembling all components, first electrolysis tests were carried out and various electrodes and electrolytes tested as well as parameters adjusted and improved.
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