In dem Projekt "CO₂BATT" möchten Jun.-Prof. Dr. María Nieves López Salas und PD Dr. Teresa de los Arcos de Pedro, beide vom Department Chemie der Universität Paderborn, sog. Übergangsmetall-CO₂-Batterien entwickeln, die nicht nur erneuerbare Energien speichern könnten, sondern auch CO₂-Emissionen verringern könnten. "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 López Salas, die sich in ihrer Forschung auf nachhaltige Materialchemie konzentriert. "Aber sie bringen auch große Herausforderungen mit sich", so die Wissenschaftlerin weiter. Aktuelle Hürden reichen von der geringen Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid bis hin zu einer hohen Überspannung, zu der es bei der Umwandlung von gasförmigem Kohlendioxid (CO₂) zu einem festen Carbonat in der Kathode kommt. Darüber hinaus schädigen unerwünschte Nebenprodukte, die während dieses Prozesses entstehen, die Kathodenmaterialien. Und: "Lithium-Ionen-Batterien sind nicht recycelbar", so PD Dr. de los Arcos de Pedro. Daher würden sie zugunsten von Nachhaltigkeitsaspekten den Produktzyklus von Übergangsmetall-CO₂-Batterien von Anfang an betrachten. Hier kommt das Forschungsvorhaben "CO₂BATT" ins Spiel: "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. Das ist der Weg zur Entwicklung neuer, vollständig recycelbarer Batterien, die Energie aus dem CO₂ erzeugen, das sie der Atmosphäre entziehen", so de los Arcos de Pedro weiter. Dazu López Salas: "Die Herausforderung besteht darin, eine hohe Aktivität und Selektivität der CO₂-Umwandlung zu erreichen. Dafür ist es wichtig, die spezifischen Stellen auf der Kohlenstoff-Metall-Oberfläche zu kennen, die die Umwandlung von Übergangs- metall-Ionen in ein Carbonat durch CO₂-Reduktion beeinflussen. Das wurde bisher jedoch kaum erforscht."

Das Projekt ist in verschiedene Arbeitspakete unterteilt, von der Herstellung von Kathodenmaterialien über elektrochemische Tests bis hin zur Entwicklung einer speziellen elektrochemischen Zelle für Röntgenspektroskopiemessungen. Dieser umfassende Ansatz soll es den Forscherinnen möglich machen, die Mechanismen zu verstehen, die der CO₂-Reduktion und Energiespeicherung zugrunde liegen. Dies kann nicht nur für die Entwicklung effizienterer Übergangsmetall-CO₂-Batterien nützlich sein, sondern auch Auswirkungen auf ein breiteres Spektrum von Technologien zur CO₂-Abscheidung und -Nutzung haben.

Nachhaltigkeitsforschung

"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", so Prof. Dr. Johannes Blömer zu der Entscheidung, das Vorhaben für den mit 150 000 Euro dotierten Forschungspreis auszuwählen. Der Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs ergänzt: "Durch die Erweiterung der wissenschaftlichen Kenntnisse über Energiespeicherung und Kohlenstoffabscheidung trägt CO₂BATT zu den globalen Bestrebungen bei, den Klimawandel zu bekämpfen und erneuerbare Energietechnologien voranzutreiben. Die Forschungsergebnisse könnten weitreichende Implikationen haben und neue Wege für die Nutzung von CO₂als Ressource eröffnen."

Quelle: Universität Paderborn