Ethylen kennt mancher aus der Küche: Das farblose, leicht süsslich riechende Gas sorgt dafür, dass Äpfel, Tomaten und Bananen reifen. In der Industrie ist Ethylen allerdings vor allem eines: eine wichtige Plattformchemikalie. Aus ihm entstehen Ausgangsstoffe für zahlreiche Produkte, von Kunststoffen bis hin zu Arzneimitteln. Weltweit werden davon mehr als 300 Millionen Tonnen pro Jahr produziert.

Die Herstellung hat jedoch ihren Preis. Mehr als 95 Prozent des Ethylens entstehen heute durch Steamcracking-Prozesse aus fossilen Rohstoffen. Dabei werden jährlich rund 260 Millionen Tonnen CO_₂ freigesetzt. Ein EU-Forschungsprojekt will daran etwas ändern: „REACT“ soll industrielle CO_₂-Emissionen nicht länger als Abfall betrachten, sondern als Ausgangsstoff nutzen.

Das Ziel des Projekts mit dem vollständigen Namen „Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO_₂  to Target products“ ist, Ethylen aus industriellen CO_₂-Strömen herzustellen und damit den Kohlenstoffkreislauf zu schliessen. Dafür entwickelt das Konsortium ein voll funktionsfähiges Elektrolysesystem.

Im Fokus steht CO_₂ aus Industrien, deren Emissionen besonders schwer zu vermeiden sind: etwa aus der Stahl-, Zement- und Chemieindustrie. Mit einem neuartigen, verunreinigungstoleranten elektrochemischen Tandemverfahren soll es möglich werden, industrielle CO_₂-Ströme mit geringer Reinheit direkt in wertvolle chemische Produkte umzuwandeln. Aufwendige und teure Vorbehandlungen könnten dadurch reduziert werden.

Betrieben mit erneuerbarer Energie soll das Verfahren aus bisher unvermeidbaren Emissionen einen Rohstoff für die Chemikalien und Materialien der Zukunft machen.

Vom Labor in Richtung Anwendung

„Wir arbeiten schon seit einigen Jahren im Labormassstab an der CO_₂-Elektrolyse“, sagt Corsin Battaglia, Leiter des Empa-Labors „Materials for Energy Conversion“.

Der nächste Schritt ist anspruchsvoller: „Das Ziel des ‹REACT›-Projekts ist es, einen funktionsfähigen Prototypen eines Elektrolyseurs für die Umwandlung von CO_₂ in Ethylen zu entwickeln und damit den technologischen Reifegrad deutlich zu erhöhen“, erläutert der Forscher.

Battaglias Team untersucht dabei eine zentrale Frage: Wie wirken sich die Verunreinigungen in industriellen CO_₂-Abgasen auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Katalysators aus, der im Elektrolyseur eingesetzt wird? Für die Untersuchungen steht ein an der Empa entwickelter Parallelreaktor für die CO_₂-Elektrolyse zur Verfügung. Das automatisierte System ermöglicht bis zu zehn Experimente gleichzeitig.

„REACT“ soll nicht nur eine neue Technologie entwickeln, sondern auch neue Wertschöpfungsketten ermöglichen. Das Projekt soll kreislauforientierte Kohlenstoff-Wertschöpfungsketten fördern, die industrielle Autonomie Europas stärken und den Übergang zu einer klimaneutralen chemischen Produktion unterstützen.

Dafür kombiniert das Konsortium neue Materialien, fortschrittliche Überwachungssysteme und Digital-Twin-Technologien. Sie sollen helfen, Effizienz, Lebensdauer, Skalierbarkeit und wirtschaftliche Machbarkeit der Technologie zu verbessern.

„Was wir im Rahmen von ‹REACT› lernen und entwickeln, wird auch dazu beitragen, andere CO_₂-Umwandlungstechnologien voranzubringen, beispielsweise zur Herstellung synthetischer Treibstoffe“, fasst Battaglia zusammen.

Die Nutzung von CO_₂ als Rohstoff ist zugleich ein Kernpunkt der Empa-Forschungsinitiative „Mining the Atmosphere“. Sie sucht nach Wegen, das Treibhausgas aus der Atmosphäre zu entfernen und entweder langfristig zu speichern oder in nützliche chemische Produkte umzuwandeln – mit dem Ziel, den Kohlenstoffkreislauf zu schliessen.

Ein europäisches Konsortium

„REACT“ ist ein Projekt im Rahmen von „Horizon Europe“. Entwickelt wird ein elektrochemisches Tandemverfahren, das industrielle CO_₂-Emissionen direkt in wertvolle, olefinreiche chemische Gemische umwandeln soll. Diese dienen als Grundlage für die nachhaltige Herstellung von Polymeren, Chemikalien und Treibstoffen.

Das Projekt läuft über 48 Monate von Mai 2026 bis April 2030 und deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab: von wissenschaftlichen Institutionen über Rohstofflieferanten bis zu Herstellern von Polymeren für die Verpackungsbranche.

Koordiniert wird das Konsortium von SINTEF aus Norwegen. Beteiligt sind 13 Partner aus zehn Ländern: VITO (Belgien), Johnson Matthey PLC (Grossbritannien), eChemicles (Ungarn), Procter & Gamble Services Company NV (Belgien), IDENER (Spanien), Norner Research AS (Norwegen), Empa (Schweiz), K1-MET GmbH (Österreich), FARPLAS (Türkei), Johnson Matthey Davy Technologies Ltd (Grossbritannien), Holoss (Portugal) und ETA-Florence Renewable Energies (Italien).

Quelle: Empa