Anordnung und Verfahren für die Kohlendioxid-Elektrolyse Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren für die Kohlendioxid-Elektrolyse gemäß dem Oberbegriff von An ^¬ spruch 1.

Durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wird momentan etwa 80% des weltweiten Energiebedarfs gedeckt. Durch diese

Verbrennungsprozesse wurden im Jahr 2011 weltweit circa 34000 Millionen Tonnen Kohlendioxid (C02) in die Atmosphäre emit ^¬ tiert. Diese Freisetzung ist der einfachste Weg, auch große Mengen an C02 (große Braunkohlekraftwerke über 50000 t pro Tag) zu entsorgen.

Die Diskussion über die negativen Auswirkungen des Treibhausgases C02 auf das Klima hat dazu geführt, dass über eine Wie ^¬ derverwertung von C02 nachgedacht wird. C02 ist ein stark ge- bundenes Molekül und kann daher nur schwer wieder zu brauchbaren Produkten reduziert werden.

In der Natur wird das C02 durch Photosynthese zu Kohlenhydra ^¬ ten umgesetzt. Dieser komplexe Prozess ist nur sehr schwer großtechnisch nachbildbar. Einen momentan technisch gangbaren Weg stellt die elektrochemische Reduktion des C02 dar. Dabei wird das Kohlendioxid unter Zufuhr von elektrischer Energie in ein energetisch höherwertiges Produkt wie beispielsweise CO, CH4, C2H4 oder Cl-C4-Alkohole umgewandelt. Die elektri- sehe Energie wiederum stammt bevorzugt aus regenerativen Energiequellen wie Windkraft oder Photovoltaik .

Zur Elektrolyse von C02 werden in der Regel Metalle als Kata ^¬ lysatoren eingesetzt. Die Art des Metalls nimmt Einfluss auf die Produkte der Elektrolyse. So wird C02 beispielsweise an Ag, Au, Zn, und mit Einschränkungen an Pd, Ga, nahezu aus ^¬ schließlich zu CO reduziert, wohingegen an Kupfer eine Vielzahl an Kohlenwasserstoffen als Reduktionsprodukte zu be- obachten ist. Neben reinen Metallen sind auch Metalllegierungen sowie auch Gemische aus Metall und Metalloxid, das co- katalytisch wirksam ist, von Interesse, da diese die Selekti ^¬ vität eines bestimmten Kohlenwasserstoffes erhöhen können.

Bei der C02-Elektrolyse kann eine Gasdiffusionselektrode (GDE) als Kathode ähnlich wie bei der Chlor-Alkali- Elektrolyse verwendet werden, um eine Drei-Phasen-Grenze zwi ^¬ schen dem flüssigen Elektrolyten, dem gasförmigen C02 und den soliden Silber-Partikeln herzustellen. Dabei wird eine Elektrolysezelle, wie auch aus der Brennstoffzellentechnik bekannt, mit zwei Elektrolytkammern verwendet, wobei die Elekt ^¬ rolytkammern durch eine lonenaustauschmembran getrennt sind. Die Arbeitselektrode ist eine poröse Gasdiffusionselektrode. Sie umfasst ein Metallnetz, auf das eine Mischung aus PTFE, Aktivkohle, einem Katalysator und weiteren Komponenten aufgebracht ist. Sie umfasst ein Porensystem, in das die

Reaktanden eindringen und an den Drei-Phasen-Grenzflächen re- agieren.

Die Gegenelektrode ist ein mit Platin oder einem Iridium- Mischoxid beaufschlagtes Blech. Die GDE steht auf der einen Seite mit dem Elektrolyten in Kontakt. Auf der anderen Seite wird sie mit C02 versorgt, das mit Überdruck durch die GDE durchgepresst wird (sog. konvektive Betriebsweise). Die GDE kann dabei verschiedene Metalle und Metallverbindungen ent ^¬ halten, die eine katalytische Wirkung auf den Prozess haben. Die Funktionsweise einer GDE ist beispielsweise aus der EP 297377 A2 , der EP 2444526 A2 und der EP 2410079 A2 bekannt.

Im Unterschied zur Chlor-Alkali-Elektrolyse und zur Brenn ^¬ stoffzellentechnik ist das entstehende Produkt bei der Koh ^¬ lendioxid-Elektrolyse gasförmig und nicht flüssig. Weiterhin bildet das eingesetzte C02 mit dem aus dem Elektrolyten ent ^¬ stehenden Alkali- oder Erdalkalihydroxid Salze. Beispielswei ^¬ se wird bei Verwendung von Kaliumsalzen als Elektrolyten KOH gebildet und es entstehen die Salze KHC03 und K2C03. Aufgrund der Betriebsbedingungen kommt es zu einer Auskristallisierung der Salze in und auf der GDE von der Gasseite aus.

Die elektrochemische Umsetzung von C02 an Silberelektroden erfolgt nach der folgenden Gleichung:

Kathode: C02 + 2e- + H20 -> CO + 20H- mit der Gegenreaktion

Anode: 6H20 -> 02 + 4e- + 4H30+

Aufgrund der elektrochemischen Bedingungen erfolgt der Ladungsausgleich der chemischen Gleichungen nicht einheitlich mit H30+ oder OH- . Trotz saurem Elektrolyt kommt es an der GDE zu lokal basischen pH-Werten. Zum Betreiben einer alkali- sehen Brennstoffzellentechnik muss der eingeleitete Sauerstoff C02-frei sein, da sich ansonsten KHCO/K2C03 gemäß fol ^¬ genden Gleichungen bilden würde:

C02 + KOH -> KHC03

C02 + 2KOH -> K2C03 + H20

Der gleiche Vorgang ist nun auch bei der C02-Elektrolyse zu beobachten, mit dem Unterschied, dass das eingespeiste Gas nicht C02-frei sein kann. Als Folge davon kristallisiert nach endlicher Zeit (abhängig von der Stromdichte) Salz in und auf der GDE von der Gasseite aus und verstopft die Poren der GDE. Der Gasdruck steigt, die GDE wird stark belastet und reißt ab einem bestimmten Druck. Zudem werden die für den Prozess nötigen Kaliumionen dem Prozess entzogen und der Gasraum all- mählich mit Salz gefüllt. Ein analoger Prozess ist mit ande ^¬ ren Alkali-/Erdalkalimetallen, beispielsweise Cäsium, zu beobachten .

Ein stabiler Langzeitbetrieb der Gasdiffusionselektrode im Bereich von mehr als 1000 h ist bei der C02-Elektrolyse nicht möglich, da das entstehende Salz die Poren der GDE verstopft und diese somit gasundurchlässig wird. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung für die Kohlendioxid-Elektrolyse und ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung für die Kohlendioxid-Elektrolyse anzugeben, mit der ein stabiler Langzeitbetrieb unter Vermei- dung der eingangs erwähnten Nachteile ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bezüglich des Verfahrens besteht eine Lö ^¬ sung in dem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung .

Die erfindungsgemäße Anordnung für die Kohlendioxid- Elektrolyse umfasst eine Elektrolysezelle mit einer Anode und einer Kathode, wobei Anode und Kathode mit einer Spannungs ^¬ versorgung verbunden sind, wobei die Kathode als Gasdiffusi ^¬ onselektrode gestaltet ist, an die auf einer ersten Seite ein Gasraum und auf einer zweiten Seite ein Kathodenraum anschließt, einen an die Elektrolysezelle anschließenden Elekt- rolyt-Kreislauf und eine Gaszuführung zur Zuführung von koh- lendioxidhaltigem Gas in den Gasraum.

Weiterhin weist der Gasraum einen Auslass für Elektrolyt, Kohlendioxid und Produktgase der Elektrolyse auf, der Auslass ist über eine Rückverbindung mit der Gaszuführung verbunden und es ist eine Pumpvorrichtung vorhanden zur Zirkulation von Kohlendioxid und Produktgas in dem Kreislauf, der aus dem Gasraum und der Rückverbindung gebildet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird eine Anordnung für die Kohlendioxid-Elektrolyse mit einer Elektrolyse ^¬ zelle mit einer Anode und einer Kathode verwendet, Anode und Kathode mit einer Spannungsversorgung verbunden, als Kathode eine Gasdiffusionselektrode verwendet, an die auf einer ers- ten Seite ein Gasraum und auf einer zweiten Seite ein Kathodenraum anschließt. Weiterhin wird kohlendioxidhaltiges Gas mittels einer Gaszuführung in den Gasraum geleitet. Ferner wird im Gasraum ein Auslass für Elektrolyt, Kohlendio ^¬ xid und Produktgase der Elektrolyse bereitgestellt, der Aus ^¬ lass mit der Gaszuführung zu einem Kreislauf verbunden und das Kohlendioxid und Produktgase mittels einer Pumpvorrich- tung in dem Kreislauf geführt.

Somit wird eine Kohlendioxid-Elektrolyse-Anlage geschaffen, die im „flow-by"-Modus arbeitet. Das Kohlendioxid wird dabei nicht durch die Kathode, also die Gasdiffusionselektrode, auf die Katholytseite durchgepresst („flow-through" ) , sondern an dieser im Gasraum vorbeigeführt. Weiterhin wird das Kohlendi ^¬ oxid und Produktgase, die bei der Elektrolyse anfallen und im Gasraum freiwerden, mittels der Pumpe wieder dem Gasstrom am Einlass der Elektrolyse-Zelle zugeführt. Dadurch wird ein verbesserter Umsatz des Kohlendioxids im Gasraum erreicht und somit eine verbesserte Effizienz der Elektrolyse.

Die durch die Gasdiffusionselektrode tretenden OH ^~ -Ionen ver ^¬ ursachen zwar zusammen mit dem Feedgas Kohlendioxid und den Alkalikationen aus dem Elektrolyten eine Salzbildung, allerdings ist der Differenzdruck an der Gasdiffusionselektrode so gering, dass ausreichend genug Elektrolyt durch die Gasdiffu ^¬ sionselektrode gespült wird und das gebildete Salz in Lösung bringt, permanent abwäscht und aus dem Gasraum abtranspor- tiert. Durch den flow-by Modus wird ein Druckanstieg verhin ^¬ dert, der zu einer Auskristallisation des gebildeten Salzes führen würde .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrich- tung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können für die Anordnung noch zusätzlich folgende Merkma- le vorgesehen werden:

- Bevorzugt ist der Volumenstrom der Pumpe deutlich größer als der Feedgasvolumenstrom, d.h. der Volumenstrom an neuem Kohlendioxid. Damit erfolgt zum einen eine höhere Durchströmung des Gasraumes, was wiederum eine turbulentere Strömung zur Folge hat, zum anderen wird dadurch der Umsatz des Kohlendioxids verbessert. Desweiteren erfolgt ein besse ^¬ rer Abtransport des Überlaufs aus dem Gasraum aufgrund der höheren Gasströmungsgeschwindigkeit .

- Die Pumpvorrichtung kann im Gasraum angeordnet sein. Beispielsweise kann die Pumpvorrichtung am Eingang zum Gasraum, in den die Gaszuführung mündet, angeordnet sein oder im Bereich des Auslasses. Bei der Pumpvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Membranpumpe handeln, die vorteilhaft chemikalienbeständig ist. Auch andere Pumpentypen kommen in Frage, wie Zahnrad-, Kolben-, Hub- oder Peristalitikpumpen . Der Volumenstrom der Pumpvorrichtung kann beispielsweise 2 1/min bis 5 1/min betragen. Er sollte wenigstens das Zehnfa ^¬ che des Volumenstroms des einströmenden Kohlendioxids sein.

- Die Pumpvorrichtung kann alternativ in der Rückverbindung angeordnet sein. Mit anderen Worten ist die Pumpvorrichtung außerhalb des Gasraums angeordnet.

- Der Auslass ist bevorzugt im Gasraum bodenseitig angeord ^¬ net. Dadurch kann der Elektrolyt, der vom Kathodenraumk in den Gasraum tritt und an der Kathode zum Boden des Gasraums abläuft, problemlos aus dem Gasraum herausgeführt werden.

- Der Auslass ist zweckmäßig mit einem Überlaufbehälter ver- bunden. Der Auslass und ein ggfs. anschließendes Rohr führen Elektrolyt und Kohlendioxid und Produktgase. Für die weitere Arbeit der Elektrolysezelle müssen Gase und Elektrolyt aufge ^¬ teilt werden, was durch das Einleiten in den Überlaufbehälter geschieht. Am Boden des Überlaufbehälters sammelt sich der Elektrolyt und im Bereich über dem Elektrolyt das Kohlendio- xid und ggfs. Produktgase. Zweckmäßig schließt die Rückver ^¬ bindung zur Gaszuführung im oberen Bereich des Überlaufbehäl- ters an, so dass das Kohlendioxid ohne Elektrolyt rückgeführt werden kann. Die Führung von Elektrolyt zum Überlaufbehälter erfolgt bevorzugt schwerkraftgetrieben.

- Der Überlaufbehälter kann separat vom Gasraum aufgebaut sein und beispielsweise über eine Rohrverbindung verbunden. Der Überlaufbehälter kann auch in den Gasraum integriert sein .

- Der Überlaufbehälter kann über eine Drossel mit dem Elekt- rolytkreislauf verbunden sein, wobei die Drossel ausgestaltet ist, eine festlegbare Druckdifferenz zwischen Gasraum und Kathodenraum zu bewirken. Die Druckdifferenz soll dabei nicht abhängig davon sein, ob Gas, Elektrolyt oder ein Gemisch davon die Drossel passiert. Hierdurch wird die Druckdifferenz in einem vorbestimmten Bereich gehalten. Dadurch wird ein stetiger Fluss von Elektrolyt durch die Gasdiffusionselektro ^¬ de in den Gasraum aufrechterhalten, der eine Versalzung verhindert, andererseits der Fluss des Elektrolyten aber be ^¬ grenzt, um die Bedeckung der Gasdiffusionselektrode mit einem Flüssigkeitsfilm zu verhindern, der die Effizienz der Elektrolyse verringern würde. Die Drossel kann beispielsweise auf einer mittleren Höhe im Überlaufbehälter angeordnet sein. Sobald der Flüssigkeitsspiegel im Überlaufbehälter diese mitt ^¬ lere Höhe erreicht, wird der Elektrolyt durch die Drossel ab- transportiert. Der Flüssigkeitsspiegel im Überlaufbehälter wird somit konstant auf der mittleren Höhe gehalten.

- Die Drossel kann ein in einem Winkel von zwischen 0° und 80° zur Senkrechten angeordnetes Rohr umfassen. In einer Aus- gestaltung umfasst die Drossel ein senkrecht stehendes Rohr. Das Rohr weist bevorzugt eine Länge von zwischen 60 cm und 140 cm, insbesondere zwischen 90 cm und 110 cm auf.

- Das Rohr kann drehbar angeordnet sein. Dadurch lässt sich die absolute Höhe, die das Rohr überbrückt, verändern. Da ^¬ durch wiederum wird die vom Rohr bewirkte Druckdifferenz verändert. Somit lässt sich also eine gewünschte Druckdifferenz zwischen Gasraum und Kathodenraum durch eine Drehung des Rohrs einstellen. Die maximale Druckdifferenz besteht, wenn das Rohr senkrecht steht. Ist das Rohr in die Waagrechte ge ^¬ dreht, ist die Druckdifferenz nahe Null. - Ein erster Drucksensor kann im Gasraum vorhanden sein. Dieser gibt ein Drucksignal beispielsweise an eine Steuerungs ^¬ einrichtung zur Ansteuerung der Absperreinrichtung. Ein zweiter Drucksensor kann im Kathodenraum angeordnet sein. Dieser kann ebenfalls ein Drucksignal an die Steuerungseinrichtung geben. Aus den beiden Drucksignalen kann die Steuerungseinrichtung die Druckdifferenz bestimmen.

- Alternativ kann ein Differenzdrucksensor für Gasraum und Kathodenraum vorhanden sein. Dieser gibt direkt ein Signal für die Druckdifferenz an eine Steuerungseinrichtung.

- Die Druckdifferenz zwischen Gasraum und Kathodenraum wird bevorzugt zwischen 10 und 100 hPa gehalten. Diese leichte Druckerhöhung gasseitig lässt noch einen ausreichend guten Durchtritt des Elektrolyten durch die Gasdiffusionselektrode zu, wäscht also die Salze gut ab, und verlagert gleichzeitig die Drei-Phasen-Grenze etwas in die Gasdiffusionselektrode hinein. Es wird somit ein modifizierter flow-by Betrieb verwendet, in dem das Eduktgas leicht in die Gasdiffusionselekt- rode gedrückt wird. Dadurch erhöht sich die Ausbeute an Pro ^¬ duktgas, beispielsweise Kohlenmonoxid .

- Der Gasraum kann Turbulenzpromotoren umfassen. Die Elektrolyse findet im flow-by-Betrieb statt, d.h. das Kohlendioxid wird an der Gasdiffusionselektrode vorbeigeleitet und nicht durch diese hindurchgepresst . Ohne zusätzliche Einbauten bil ^¬ det sich somit eine laminare Strömung aus, bei der an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode die Gasgeschwindigkeit sehr gering ist. Der Gasraum wird daher vorteilhaft so umge- staltet, dass das einströmende Gas verwirbelt wird und somit der Strömungsfilm an der Oberfläche der Kathode abreißt. Da ^¬ durch kommt es zu einem besseren Eindringen des Kohlendioxids in die Gasdiffusionselektrode und somit zu einer besseren Ausbeute an Produktgas, beispielsweise CO. Turbulenzpromoto ^¬ ren können beispielsweise umfassen: Strömungskanal, Strö ^¬ mungsbrecher, Reduzierung des Querschnitts. - Die Turbulenzpromotoren können so gestaltet sein, dass zwischen ihnen und der Oberfläche der Kathode ein Luftspalt von zwischen 0,1 mm und 5 mm verbleibt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass durch die Gasdiffusionselektrode tretender Elektrolyt nicht die Turbulenzpromotoren benetzt und dort festgehalten wird. Das wiederum würde zu einem verringerten Fluss von Kohlendioxid führen und die Effizienz der Elektro ^¬ lyse insgesamt stark schädigen. Der Luftspalt schafft aber einen Abstand der Turbulenzpromotoren von der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode, so dass der Elektrolyt ablaufen kann und sich bodenseitig im Gasraum sammeln kann. Bevorzugt be ^¬ stehen aber stützende Verbindungen an mehreren Stellen zwischen den Turbulenzpromotoren und der Gasdiffusionselektrode, wodurch die Gasdiffusionselektrode eine mechanische Festigung erfährt .

- Die Turbulenzpromotoren können Ablaufkanäle aufweisen, mittels derer der Elektrolyt an den Rand des Gasraums geführt wird . Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausfüh ^¬ rungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale sche ^¬ matisiert dargestellt. Der in Figur 1 schematisch dargestellte Aufbau einer Elektro ^¬ lysezelle 11 ist typischerweise dazu geeignet, eine Kohlen ^¬ stoffdioxid-Elektrolyse vorzunehmen. Dabei umfasst die Aus ^¬ führungsform der Elektrolysezelle 11 wenigstens eine Anode 13 mit angrenzendem Anodenraum 12 sowie eine Kathode 15 und ei- nen angrenzenden Kathodenraum 14. Anodenraum 12 und Kathodenraum 14 sind durch eine Membran 21 voneinander getrennt. Die Membran 21 ist typischerweise aus einem PTFE-basierten Material gefertigt. Je nach verwendeter Elektrolytlösung ist auch ein Aufbau ohne Membran 21 denkbar, bei dem dann ein pH-Wert- Ausgleich über den der Membran 21 hinausgeht.

Anode 13 und Kathode 15 sind elektrisch mit einer Spannungs- Versorgung 22 verbunden, welche durch die Steuereinheit 23 kontrolliert wird. Die Steuereinheit 23 kann eine Schutzspan ^¬ nung oder eine Betriebsspannung an die Elektroden 13, 15, also die Anode 13 und die Kathode 15, anlegen. Der Anodenraum 12 der gezeigten Elektrolysezelle 11 ist mit einem Elektro- lyt-Einlass ausgestattet. Ebenso umfasst der abgebildete Ano ^¬ denraum 12 einen Auslass für Elektrolyt sowie beispielsweise Sauerstoff O ₂ oder ein anderes gasförmiges Nebenprodukt, das bei der Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse an der Anode 13 gebil ^¬ det wird. Der Kathodenraum 14 weist ebenso jeweils zumindest einen Produkt- und Elektrolytauslass auf. Dabei kann das Ge- samt-Elektrolyseprodukt aus einer Vielzahl von Elektrolyse ^¬ produkten zusammengesetzt sein.

Die Elektrolysezelle 11 ist weiterhin in einem Dreikammer- Aufbau ausgeführt, bei dem das Kohlendioxid CO ₂ über die als Gasdiffusionselektrode ausgeführte Kathode 15 in den Katho ^¬ denraum 14 eingeströmt wird. Gasdiffusionselektroden ermöglichen es, einen festen Katalysator, einen flüssigen Elektrolyten sowie ein gasförmiges Elektrolyseedukt in Kontakt mitei- nander zu bringen. Dazu kann beispielsweise der Katalysator porös ausgeführt sein und die Elektrodenfunktion übernehmen, oder eine poröse Elektrode übernimmt die Katalysatorfunktion. Das Porensystem der Elektrode ist dabei so ausgeführt, dass die flüssige sowie die gasförmige Phase gleichermaßen in das Porensystem eindringen können und darin beziehungsweise an dessen elektrisch zugängiger Oberfläche gleichzeitig vorlie ^¬ gen können. Ein Beispiel für eine Gasdiffusionselektrode ist eine Sauerstoffverzehrelektrode, die bei der Chloralkali- Elektrolyse verwendet wird.

Zur Ausgestaltung als Gasdiffusionselektrode umfasst die Ka ^¬ thode 15 in diesem Beispiel ein Metallnetz, auf das eine Mi ^¬ schung aus PTFE, Aktivkohle und einem Katalysator aufgebracht ist. Zur Einbringung des Kohlenstoffdioxids C02 in den

Katholytkreislauf umfasst die Elektrolysezelle 11 einen Koh ^¬ lenstoffdioxideinlass 24 in den Gasraum 16. Das Kohlendioxid erreicht im Gasraum 16 die Kathode 15 und kann dort in die poröse Struktur der Kathode 15 eindringen und so zur Reaktion kommen .

Ferner umfasst die Anordnung 10 einen Elektrolytkreislauf 20, über den der Anodenraum 12 und der Kathodenraum 14 mit einem flüssigen Elektrolyten, beispielsweise K2S04, KHC03, KOH,

Cs2S04 versorgt wird und der Elektrolyt in ein Reservoir 19 zurückgeführt wird. Die Umwälzung des Elektrolyten im Elekt ^¬ rolytkreislauf 20 erfolgt durch eine Elektrolyt-Pumpe 18. Der Gasraum 16 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Auslass 25, der im Bodenbereich angeordnet ist. Der Auslass 25 ist als Öffnung mit ausreichendem Querschnitt gestaltet, sodass sowohl Elektrolyt, der durch die Kathode 15 tritt, als auch Kohlendioxid und Produktgase durch den Auslass in das ange- bundene Rohr gelangen können. Der Auslass 25 führt zu einem Überlaufgefäß 26. Im Überlaufgefäß 26 wird der flüssige

Elektrolyt aufgefangen und sammelt sich. Kohlendioxid und Produktgase, die aus dem Gasraum 16 kommen, werden vom Elekt ^¬ rolyten getrennt und sammeln sich oberhalb davon.

Von einem oben gelegenen Punkt des Überlaufgefäßs 26 führt ein weiteres Rohr 28 zu einer Pumpe 27, in diesem Ausführungsbeispiel einer Membranpumpe, und weiter zur Gaszuführung 17. Die Pumpe 27 kann auch eine Kolben-, Hub-, Extruder- oder Zahnradpumpe sein. Ein Teil der Gaszuführung 17, der Gasraum 16, das Rohr 18 und das Überlaufgefäß 26 zusammen mit seiner Verbindung zum Auslass 25 bilden somit zusammen einen Kreislauf. Mittels der Pumpe 27 werden das Kohlendioxid und vor ^¬ handene Produktgase vom Überlaufgefäß 26 zurück in die Gaszu- führung geführt und somit das Gas teilweise im Kreis geführt. Dabei ist der Volumenstrom der Pumpe 27 deutlich höher als der Volumenstrom an neuem Kohlendioxid. Eduktgas, das nicht verbraucht ist, wird dadurch vorteilhaft noch einmal an der Kathode 15 vorbeigeführt und hat ein weiteres Mal oder mehre ^¬ re Male die Gelegenheit, reduziert zu werden. Produktgase werden dabei teilweise ebenfalls im Kreis geführt. Durch das mehrmalige Vorbeiführen des Kohlendioxids an der Kathode 15 wird die Effizienz der Umwandlung erhöht.

Vom Überlaufgefäß 26 besteht eine weitere Verbindung, die zum Elektrolytkreislauf 20 zurückführt. Diese Verbindung beginnt mit einem Auslass 29, der an einer Seitenwand des Überlaufge- fäßes 26 angeordnet ist, bevorzugt nahe dem Boden, aber nicht im Boden. Der Auslass 29 ist mit einer Drossel 30 verbunden, die als senkrechtes Rohrstück mit einer Länge von beispiels ^¬ weise 90 cm ausgebildet ist. Dabei ist der Durchmesser des Rohrstücks deutlich größer als derjenige der Zuleitungen zur Drossel 30. Die Zuleitung hat beispielsweise einen Innen ^¬ durchmesser von 4mm, das Rohr hat einen Innendurchmesser von 20mm. Die Drossel 30 ist ausgangsseitig, d.h. am oberen Ende des Rohrstücks mit dem Elektrolytkreislauf 20 verbunden. Im laufenden Betrieb wird durch die Drossel 30 eine Druckdif ^¬ ferenz zwischen dem oberseitig angeschlossenen Elektrolytkreislauf 20 und damit auch dem Kathodenraum 14 einerseits und dem Überlaufgefäß 26 und dem Gasraum 16 andererseits her ^¬ gestellt und gehalten. Diese Druckdifferenz beträgt zwischen 10 und 100 hPa (mbar) , d.h. der Gasraum 16 verbleibt bei ei ^¬ nem nur leichten Überdruck gegenüber dem Kathodenraum 14. Wichtig ist dabei, dass die Drossel 30 die Druckdifferenz un ^¬ abhängig davon herstellt, ob gerade ein flüssiges oder gas ^¬ förmiges Medium hindurchströmt oder ein Gemisch davon. In dem Rohrstück der Drossel 30, das mit Elektrolyt gefüllt ist, stellt sich abhängig von der Höhe des Rohrstücks aufgrund des hydrostatischen Drucks der Differenzdruck ein. Wird das Rohrstück drehbar gelagert, so kann der Differenzdruck der Drossel 30 stufenlos gesenkt werden, bis auf nahezu Null in waag- rechter Stellung.

Beim Starten der Elektrolyse wird trotz des leichten Überdrucks auf der Gasseite, d.h. im Gasraum 16 aufgrund der an- liegenden elektrischen Spannung an der Kathode 15 Elektrolyt aus dem Katholytraum 14 durch die Gasdiffusionselektrode, al ^¬ so die Kathode 15, in Richtung Gasraum 16 „gepumpt". Es ent ^¬ stehen auf der Seite des Gasraums 16 Tropfen an der Oberflä- che der Kathode 15, die koaleszieren und sich im unteren Bereich der Kathode 15 in Form sammeln.

Der sich anstauende Elektrolyt verursacht dadurch einen

Druckanstieg im Gasraum 16. Dieser Druckanstieg wird jedoch von der Drossel 30 wieder ausgeglichen, indem Elektrolyt und/oder Gas aus dem Überlaufgefäß 26 wieder in den Elektro ^¬ lytkreislauf 20 zurückgeführt wird. Somit verbleibt die

Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Kathode 15 im gewünschten Bereich zwischen 10 und 100 hPa.

Die durch die Kathode 15 tretenden OH ^~ -Ionen verursachen zwar zusammen mit dem Kohlendioxid und den Alkalikationen aus dem Elektrolyten eine Salzbildung, allerdings ist der Differenzdruck an der Kathode 15 so gering, das ausreichend Flüssig- keit durch die Kathode 15 gespült wird und das gebildete Salz in Lösung bringt, permanent abwäscht und aus dem Gasraum 16 in das Überlaufgefäß 26 abtransportiert. Ein weiterer Druck ^¬ anstieg, der zu einer Auskristallisation des gebildeten Salzes führen würde, wird durch die Drossel 30 verhindert.