CO2-Batterie: Vom Klimakiller zum Energiespeicher

Eine neue Batterie könnte CO2 aus der Luft nutzen, um Energie zu speichern. Das Konzept der Uni Paderborn wurde nun ausgezeichnet. Aber wie soll das funktionieren?

Die Universität Paderborn forscht an sogenannten "Übergangsmetall-CO2-Batterien (TMBCs), die nicht nur erneuerbare Energien speichern, sondern auch CO2-Emissionen verringern sollen. Das Projekt "CO2BATT" wurde nun mit dem Forschungspreis der Universität ausgezeichnet.

Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren

Deutschland hat sich im Klimaschutzgesetz zur Treibhausgasneutralität bis 2045 verpflichtet. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen Emissionen vermieden, CO2 aus der Atmosphäre entfernt und fossile durch erneuerbare Energieträger ersetzt werden. Experten gehen davon aus, dass auch nach 2045 noch CO2 eingespart oder gebunden werden muss.

"CO2-Batterien bieten großes Potenzial für den Klimaschutz. Sie könnten dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und den Weg für umweltfreundlichere Energiequellen zu ebnen", erklärt Projektleiterin Jun.-Prof. Dr. María Nieves López Salas vom chemischen Fakultät der Universität Paderborn.

Neuartige Elektroden sollen CO2 reduzieren

Aktuelle CO2-Batterien haben jedoch noch mit Herausforderungen zu kämpfen, wie der geringen Löslichkeit von CO2 oder der hohen Überspannung bei der Umwandlung von gasförmigem CO2 zu festem Karbonat in der Kathode. Zudem schädigen unerwünschte Nebenprodukte die Kathodenmaterialien.

Im Gegensatz zu gängigen Lithium-Ionen-Batterien, die laut den Forschenden nicht recycelbar sind, betrachtet das Projekt CO2BATT den gesamten Produktzyklus der TMBCs unter Nachhaltigkeitsaspekten.

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"Mittels fortschrittlicher Röntgenspektroskopie wollen wir ein tiefgreifendes Verständnis der Wechselwirkungen bei der CO2-Reduktion an kohlenstoffbasierten Kathoden, die mit Übergangsmetallen wie Eisen, Zink oder Aluminium angereichert sind, erlangen", erläutert Teresa de los Arcos de Pedro, ebenfalls vom Department Chemie. "Das ist der Weg zur Entwicklung neuer, vollständig recycelbarer Batterien, die Energie aus dem CO2 erzeugen, das sie der Atmosphäre entziehen."

Ziel: Hohe Aktivität und Selektivität der CO2-Umwandlung

Die Herausforderung bestehe darin, eine hohe Aktivität und Selektivität der CO2-Umwandlung zu erreichen, so López Salas. Dafür müsse man die spezifischen Stellen auf der Kohlenstoff-Metall-Oberfläche kennen, die die Umwandlung von Übergangsmetall-Ionen in ein Karbonat durch CO2-Reduktion beeinflussen. Das sei bisher jedoch kaum erforscht worden.

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Das Projekt gliedert sich in verschiedene Arbeitspakete – von der Herstellung von Kathodenmaterialien über elektrochemische Tests bis hin zur Entwicklung einer speziellen elektrochemischen Zelle für Röntgenspektroskopiemessungen. Dieser umfassende Ansatz soll es ermöglichen, die Mechanismen hinter der CO2-Reduktion und Energiespeicherung zu verstehen.

Forschungspreis für innovative und nachhaltige Lösung

"Projekte wie CO2BATT haben eine unglaublich hohe Relevanz. Sie stehen im Einklang mit den globalen Bemühungen um Nachhaltigkeit und demonstrieren eindrucksvoll das Engagement der Universität in der Förderung innovativer Lösungen", begründet Johannes Blömer, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs, die Vergabe des mit 150.000 Euro dotierten Forschungspreises.

Die Forschungsergebnisse hätten das Pozential, weitreichende Implikationen zu haben und neue Wege für die Nutzung von CO2 als Ressource zu eröffnen, so die Universität Paderborn.