In Kürze
EthylenDirekt entwickelt ein innovatives Verfahren, um Ethylen – einen zentralen Grundstoff der chemischen Industrie – klimafreundlich aus CO₂ und Wasser herzustellen. Durch die direkte elektrochemische Umwandlung aus Carbonat-Lösungen werden energieintensive Zwischenschritte vermieden, wodurch die Effizienz gesteigert und Kosten gesenkt werden sollen. Ziel ist die Demonstration der industriellen Umsetzbarkeit.
Woran wir arbeiten
Motivation
Ethylen ist eine der wichtigsten Basischemikalien weltweit mit einer globalen Produktion von rund 185 Millionen Tonnen pro Jahr. In Deutschland wurden zuletzt etwa 4,3 Millionen Tonnen produziert, was die zentrale Bedeutung für die industrielle Wertschöpfung unterstreicht. Die konventionelle Herstellung basiert auf fossilen Rohstoffen und verursacht erhebliche CO₂-Emissionen. Gleichzeitig führen geopolitische Unsicherheiten zu Abhängigkeiten bei Rohölimporten. Vor diesem Hintergrund besteht ein großer Bedarf an klimafreundlichen, ressourcenschonenden und wirtschaftlich tragfähigen Alternativen zur Ethylenproduktion.
Innovationsansatz
Im Projekt EthylenDirekt wird ein integrierter Prozess entwickelt, der CO₂-Abscheidung und -Umwandlung erstmals eng miteinander koppelt. Ausgangspunkt ist eine Carbonat-Lösung, in der das CO₂ bereits gebunden vorliegt. Innerhalb einer speziell ausgelegten elektrochemischen Zelle wird dieses direkt vor Ort freigesetzt und in Ethylen überführt. Durch diese Kopplung entfallen mehrere energie- und kostenintensive Prozessschritte der konventionellen CO₂-Nutzung. Gleichzeitig werden zentrale Komponenten wie Membran, Katalysatoren und Elektroden gezielt weiterentwickelt, um Selektivität, Energieeffizienz und Stabilität deutlich zu verbessern.
Umsetzung und Mehrwert
Zentrales Element des Verfahrens ist eine speziell entwickelte Bipolarmembran. Sie erzeugt gezielt unterschiedliche pH-Bedingungen an den Elektroden und ermöglicht so die Umwandlung gelöster Carbonate zurück zu CO₂ direkt in der Zelle. Dieses steht unmittelbar für die Ethylenbildung zur Verfügung. Gleichzeitig verhindert das Membrandesign unerwünschte Stofftransporte und steigert die Effizienz. Durch den alkalischen Betrieb an der Anode können zudem kostengünstige, edelmetallfreie Katalysatoren eingesetzt werden. Insgesamt verspricht der Ansatz deutliche Vorteile hinsichtlich Energieeffizienz, Kostenreduktion und industrieller Skalierbarkeit.
EthylenDirekt in Zahlen
Partner
Erfolgreiche Forschung lebt von Zusammenarbeit. Entdecken Sie die Partner, die das Projekt aktiv begleiten und voranbringen.
Das Hahn-Schickard Institut für Mikroanalyse in Freiburg forscht seit 2017 an elektrochemischen Energiewandlern. Ziel von Hahn-Schickard ist dabei, insbesondere mittelständische Unternehmen in ihren F&E-Aktivitäten zu unterstützen. Daher ist Hahn-Schickard in zahlreichen öffentlich geförderten Projekten und auch in direkten Industriekooperationen involviert, um Komponenten für Brennstoffzellen und Elektrolyse-Technologien zu entwickeln. In den letzten Jahren wurden insbesondere die Kompetenzen in der Polymer-Entwicklung für elektrochemische Anwendungen gestärkt.
Die Gruppe „Elektrochemische Energiesysteme“ am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg umfasst ca. 25 PhDs, PostDocs und Master-Studierende. Die Gruppe verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung neuartiger Membran-Elektroden-Einheiten für Brennstoffzellen, Elektrolyseure, Redox-Flow-Batterien und CO₂-Elektrolyseure. Darüber hinaus verfügt die Gruppe über ein umfangreiches Know-how in der fortgeschrittenen Charakterisierung von elektrochemischen Anwendungen. Seit 2010 hat die Gruppe mehr als 50 Publikationen veröffentlicht und wurde mit mehreren Forschungspreisen ausgezeichnet, darunter der „F-Cell Award“ (2015, 2019 und 2022) und der DWV-Innovationspreis (2018).
Die ionysis GmbH ist ein 2022 gegründetes Spin-off von Hahn-Schickard und der Forschungsgruppe „Elektrochemische Energiesysteme“ der Universität Freiburg. Mit rund 25 Mitarbeitenden fokussiert sich das Unternehmen auf die Kommerzialisierung neuartiger PFAS-freier katalysatorbeschichteter Membranen (CCMs). ionysis entwickelt und fertigt skalierbare Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) für Anwendungen wie Brennstoffzellen, Elektrolyseure und CO₂-Elektrolyse und schlägt dabei die Brücke zwischen Materialinnovation und industrieller Umsetzung.
Kontakt
Dr. Lukas Metzler
Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
lukas.metzler@hahn-schickard.de