Viele Menschen kennen Ethylen aus ihrer Küche. Dieses farblose, süsslich riechende Gas ist ein natürliches Pflanzenhormon, das für die Reifung von Äpfeln, Tomaten und Bananen verantwortlich ist. Ethylen ist aber auch eine wichtige Industriechemikalie mit einer weltweiten Produktion von über 300 Millionen Tonnen pro Jahr. Es wird hauptsächlich als Plattformchemikalie verwendet: als Vorläufer oder Ausgangsmateriel zur Herstellung einer Vielzahl chemischer Produkte, von Kunststoffen bis hin zu Arzneimitteln.

Derzeit werden mehr als 95 % des Ethylens durch Steamcracking-Prozesse aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Dabei entstehen jährlich etwa 260 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen. Ein EU-Projekt unter Beteiligung der Empa zielt darauf ab, diesen kohlenstoffintensiven Sektor zu transformieren. Das Projekt mit dem Namen «REACT» (kurz für «Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO₂ to Target products») soll eine erneuerbare Alternative bieten, die industrielle Emissionen in wertvolle Ressourcen umwandelt.

Im Mittelpunkt des Projekts steht das Recycling von CO₂ aus Branchen, in denen Emissionsminderungen nur schwer zu erreichen sind, beispielsweise die Stahl-, Zement- und Chemieindustrie. Mithilfe eines neuartigen, verunreinigungstoleranten elektrochemischen Tandemverfahrens kann «REACT» industrielle CO₂-Ströme geringer Reinheit direkt in wertvolle chemische Produkte umwandeln und dabei den Bedarf an kostspieligen Vorbehandlungen deutlich senken. Das mit erneuerbarer Energie betriebene Projekt wandelt bisher unvermeidbare CO₂-Emissionen in einen wertvollen Ausgangsstoff für Chemikalien und Materialien der nächsten Generation um.

Ein Schritt näher an der Umsetzung
«Wir arbeiten schon seit einigen Jahren im Labormassstab an der CO₂-Elektrolyse», sagt Corsin Battaglia, Leiter des Empa-Labors «Materials for Energy Conversion». «Das Ziel des ‹REACT›-Projekts ist es, einen funktionsfähigen Prototypen eines Elektrolyseurs für die Umwandlung von CO₂ in Ethylen zu entwickeln und damit den technologischen Reifegrad deutlich zu erhöhen», erläutert der Forscher. Battaglias Team wird untersuchen, wie die Verunreinigungen in industriellen CO₂-Abgasen die Wirksamkeit und die Lebensdauer des im Elektrolyseur verwendeten Katalysators beeinflussen. Das Team kann dabei auf den an der Empa entwickelten Parallelreaktor für die CO₂-Elektrolyse zurückgreifen. Das automatisierte System ermöglicht bis zu zehn Experimente gleichzeitig.

«REACT» fördert kreislauforientierte Kohlenstoff-Wertschöpfungsketten, stärkt die industrielle Autonomie Europas und trägt zum Übergang zu einer klimaneutralen chemischen Produktion bei. Das Projekt integriert zudem innovative Materialien, fortschrittliche Überwachungssysteme und Digital-Twin-Technologien, um Effizienz, Langlebigkeit, Skalierbarkeit und wirtschaftliche Machbarkeit zu verbessern. «Was wir im Rahmen von ‹REACT› lernen und entwickeln, wird auch dazu beitragen, andere CO₂-Umwandlungstechnologien voranzubringen, beispielsweise zur Herstellung synthetischer Treibstoffe», fasst Battaglia zusammen.

Die Verwertung von CO₂ ist ein zentrales Konzept der Empa-Forschungsinitiative «Mining the Atmosphere», die nach Wegen sucht, das Treibhausgas aus der Atmosphäre zu entfernen und es entweder langfristig zu speichern oder in nützliche chemische Produkte umzuwandeln, um so den Kreislauf zu schliessen.

Über «REACT»
«REACT» ist ein Projekt im Rahmen von «Horizon Europe», bei dem ein innovatives elektrochemisches Tandemverfahren entwickelt wird, um industrielle CO₂-Emissionen direkt in wertvolle, olefinreiche chemische Gemische für die nachhaltige Herstellung von Polymeren, Chemikalien und Treibstoffen umzuwandeln. «REACT» (Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO₂ to Target products) läuft über 48 Monate von Mai 2026 bis April 2030 und deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab, von wissenschaftlichen Institutionen bis hin zu Rohstofflieferanten und Herstellern von Polymeren für die Verpackungsbranche. Das Konsortium wird von SINTEF (Norwegen) koordiniert und umfasst 13 Partner aus 10 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).