CELBICON – Kosteneffiziente Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Chemikalien

Ziel des CELBICON-Projektes ist die Entwicklung von neuen »CO2-to-chemicals«-Technologien. Dieses Ziel wird durch die Kombination aus Absorption von CO2 aus der Luft, elektrochemischer CO2-Umsetzung zu C1-Intermediaten und einer abschließenden Fermentation der Intermediate zu höherwertigen Chemikalien erreicht. Vor Beginn des CELBICON-Projektes haben die Teilsysteme als Einzelkomponenten verschiedene Technologiereifegrade erreicht. Während des CELBICON-Projektes werden diese Technologien weiterentwickelt und in eine dezentralisierte, kosteneffiziente und robuste Technologieplattform integriert, welche einen Technologiereifegrad von 5 erreichen soll.

Neuartige Kombination von Adsorptions-, elektrochemischen und biochemischen Umwandlungstechnologien

Ausgangssituation und Projektziel

Um den steigenden CO2-Emissionen und dem Klimawandel entgegenzuwirken [1], ist die Entwicklung neuartiger Verfahren zur Nutzung des Treibhausgases CO2 als Kohlenstoffquelle eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Dabei erlaubt die Integration erneuerbarer Energien in den Betrieb strategisch wichtiger CO2-neutraler Prozesse die Herstellung regenerativer Plattformchemikalien. Da regenerative Energie und CO2 zumeist dezentral erzeugt werden, ist die Entwicklung dezentral zu betreibender Herstellungsprozesse für Chemikalien von besonderem Interesse.

Das EU-Projekt »Kostengünstige CO2-Konversion in Chemikalien durch Kombination von Abscheidungs-, elektrochemischen und biochemischen Konversionstechnologien – CELBICON« zielt auf die Entwicklung neuer CO2-to-Chemicals-Technologien, bei denen die Teilprozesse CO2-Abscheidung (Capture), elektrochemische CO2-Konversion in Zwischenprodukte und Fermentation dieser Zwischenprodukte zu Chemikalien höherer Wertschöpfung miteinander verknüpft werden. Zu Beginn des Projekts existierte jedes Teilsystem als eigenständige Technologie mit einem bestimmten technologischen Reifegrad. Im Rahmen des Projekts CELBICON werden diese Technologien weiterentwickelt und in eine auf Technologiereifegrad 5 (engl. technology readiness level 5, kurz TRL5) betriebene Technologieplattform integriert. Hauptkriterien für die Entwicklungen sind: (a) modulares und dezentrales System, (b) hohe Material- und Energieeffizienz, (c) niedrige Investitions- und Betriebskosten und (d) hohe Robustheit für Prozessvariabilität.

Bau der Technologieplattform

Die angestrebte Prozesskette konnte im Labormaßstab erfolgreich demonstriert werden. CO2 wird dabei mit einem CO2-Adsorber des Projektpartners Climeworks AG  aus der Luft gewonnen. Der erste Umwandlungsschritt erfolgt durch elektrochemische Reduktion von CO2 zu wasserlöslichen C1-Zwischenprodukten an der Kathode. Da an der Anode reaktive Hydroxylradikale entstehen, kann der Anodenstrom parallel für die oxidative Abwasserbehandlung eingesetzt und damit aufgewertet werden. Die C1-Zwischenprodukte werden in einem integrierten Fermentationsprozess in höherwertige Chemikalien wie Milchsäure, Isopren und langkettige Terpene umgewandelt. Zur Verbesserung der Prozessleistung werden die eingesetzten Mikroorganismen durch maßgeschneidertes Metabolic Engineering im Hinblick auf eine effizientere Produktbildung optimiert. Im letzten Projektjahr werden nun die Module der CELBICON-Anlage gebaut und in eine Demonstrationsanlage integriert. Nach Inbetriebnahme der Demonstratoranlage erfolgt abschließend die Prozessvalidierung und -optimierung.

 

Literature

 [1] UNEP. (2017) The emissions gap report 2017. United Nations Environment Programme (UNEP), Nairobi.

Projektinformationen

Projekttitel

CELBICON – Kosteneffiziente Umwandlung von Kohlendioxid in Feinchemikalien durch eine Kombination aus Adsorptions-, elektrochemischen und biochemischen Umwandlungstechnologien

 

Projektlaufzeit

März 2016 – Januar 2020

 

Projektpartner

  • Politecnico di Torino (Italien), Koordinator
  • Technische Universiteit Delft (Niederlande)
  • Karlsruher Institut für Technologie KIT (Deutschland)
  • Université de Montpellier (Frankreich)
  • Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Spanien)
  • Avantium Chemicals BV (Niederlande)
  • Climeworks AG (Schweiz)
  • GASKATEL Gesellschaft für Gassysteme durch Katalyse und Elektrochemie mbH (Deutschland)
  • Gensoric GmbH (Deutschland)
  • Hysytech S.R.L. (Italien)
  • Krajete GmbH (Österreich)
  • M.T.M. SRL (Italien)

Förderung

Die Forschungsarbeiten, die zu Ergebnissen in diesem Projekt führen, werden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 679050 im Zuge des Rahmenprogramms für Forschung und Innovation Horizont 2020 der Europäischen Union gefördert.

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