Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel lung von Kohlenmonoxid.

Bei vielen Verfahren zur Energiegewinnung wird Kohlendioxid freigesetzt. Elm die klimaschädlichen Einflüsse von Kohlendioxid in der Atmosphäre zu reduzieren, kann das Kohlendioxid in andere Stoffe überführt werden. Das ist aber dadurch erschwert, dass Kohlendioxid stabil und wenig reaktiv ist. Zudem liegt der Kohlen- Stoff im Kohlendioxid-Molekül in seiner höchsten Oxidationsstufe vor. Kohlendi oxid kann also nicht weiter durch Verbrennung zur Energiegewinnung genutzt wer den.

Kohlendioxid kann aber unter Energiezufuhr zu Kohlenmonoxid reduziert werden. Im Kohlenmonoxid liegt der Kohlenstoff in einer niedrigeren Oxidationsstufe vor als im Kohlendioxid. Entsprechend kann Kohlenmonoxid für mehr Anwendungen genutzt werden als Kohlendioxid. Durch Umwandlung von Kohlendioxid in Koh lenmonoxid wird also nicht nur die Menge klimaschädlichen Kohlendioxids redu ziert. Zusätzlich wird mit Kohlenmonoxid auch ein wertvoller chemischer Rohstoff erhalten.

Beispielsweise bildet Kohlenmonoxid zusammen mit Wasserstoff ein Synthesegas, welches die zur Produktion von wichtigen organischen Chemikalien erforderlichen Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff enthält. Damit eignet sich dieses Synthesegas für viele petrochemische Prozesse, beispielsweise zur Herstellung von synthetischem Brennstoff, Erdgas, Methanol oder Formaldehyd. Wasserstoff kann über verschiedene Verfahren vergleichsweise einfach gewonnen werden. Daher kommt der Herstellung von Kohlenmonoxid eine besondere Bedeutung zu. Die Herstellung einer Chemikalie unter Energiezufuhr ist auch als „Power-to-X“ bekannt, weil mit Energie („Power“) eine Chemikalie („X“) erhalten werden kann. Durch Verwendung des klimaschädlichen Kohlendioxids als Ausgangsstoff kann dieses Konzept zur Reduzierung der Erderwärmung dienen. Zudem können fossile Brennstoffe durch die Erzeugung synthetischer Brennstoffe aus dem erhaltenen Kohlenmonoxid geschont werden. Synthetischer Brennstoff kann zum umwelt freundlichen Antrieb von Kraftfahrzeugen dienen, ohne dass umfangreiche Ände rungen der Konstruktion der Kraftfahrzeuge erforderlich wären. Aus diesen Grün den kann die Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid einen Beitrag zur Energiewende leisten, insbesondere wenn für die Umwandlung des Kohlendioxids in Kohlenmonoxid emeuerbare Energie genutzt wird.

Aus dem Stand der Technik sind Elektrolyseverfahren bekannt, mit denen Kohlen dioxid unter Energiezufuhr in Kohlenmonoxid umgewandelt werden kann. Diese haben allerdings einen geringen Wirkungsgrad.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kohlen- monoxid vorzustellen, mit denen ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Diese Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formu- lierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen ein zeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Dar über hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Be- Schreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltun gen der Erfindung dargestellt werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid vorge- stellt. Das Verfahren umfasst: a) Befeuchten eines Kohlendioxid umfassenden Eduktgases mit Wasser, b) Zuleiten des befeuchteten Eduktgases aus Schritt a) in eine Elektrolysezelle, und c) Elektrolysieren des gemäß Schritt b) zugeleiteten befeuchteten Eduktgases in der Elektrolysezelle, so dass das Kohlenmonoxid erhalten wird.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann Kohlenmonoxid hergestellt werden. Zu sammen mit Wasserstoff bildet Kohlenmonoxid das zum Stand der Technik be schriebene Synthesegas. Das beschriebene Verfahren gehört zum Konzept des „Power-to-X“. Im Gegensatz zur Co-Elektrolyse zielt das beschriebene Verfahren aber nicht auf die unmittelbare Herstellung von Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, sondern vordergründig auf die Herstellung von Kohlenmonoxid. Beim beschriebenen Verfahren kann zwar auch Wasserstoff entstehen, im Ver gleich zur Co-Elektrolyse aber in geringerer Menge.

Das Kohlenmonoxid wird bei dem beschriebenen Verfahren durch Elektrolyse aus Kohlendioxid erhalten, vorzugsweise nach Art der Hochtemperaturelektrolyse. Dies erfolgt in einer Elektrolysezelle. Die Elektrolysezelle weist vorzugsweise eine Anode und eine Kathode auf, die zumindest durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Neben dem Elektrolyten können weitere Schichten zwischen der Anode und der Kathode angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Elektrolysezelle sub stratgestützt oder elektrolytgestützt ausgebildet. Als substratgestützte Ausbildung ist bevorzugt, dass die Kathode als eine Ni -YSZ -Elektrode ausgebildet ist, der Elektrolyt aus YSZ gebildet ist, eine Barriereschicht aus CGO zwischen dem Elektrolyten und der Anode angeordnet ist und die Anode aus LSC gebildet ist. Alternativ ist als elektrolytgestützte Ausbildung bevorzugt, dass die Kathode als eine Ni-CGO-Elektrode ausgebildet ist, der Elektrolyt aus YSZ gebildet ist, eine Barriereschicht aus CGO zwischen dem Elektrolyten und der Anode angeordnet ist und die Anode aus LSCF gebildet ist.

Weiterhin weist die Elektrolysezelle vorzugsweise einen Anodenraum auf, der an die Anode angrenzt. Im Anodenraum kann ein Gas an der Anode entlang strömen. Weiterhin weist die Elektrolysezelle vorzugsweise einen Kathodenraum auf, der an die Kathode angrenzt. Im Kathodenraum kann ein Gas an der Kathode entlang strö men. Anodenraum und/oder Kathodenraum weisen vorzugsweise jeweils einen Einlass und einen Auslass auf.

Das für das beschriebene Verfahren verwendete Kohlendioxid kann aus einer be- liebigen Quelle stammen. Das Kohlendioxid kann insbesondere als Produkt einer Verbrennung entstehen. Das bei einer Verbrennung entstehende Kohlendioxid ent haltende Gas wird vorzugsweise aufgereinigt, bevor es in die Elektrolysezelle ge leitet wird. Vorzugsweise werden dabei insbesondere Schwefelverbindungen, Sili ziumverbindungen, Halogenverbindungen und bestimmte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Aromate und Polyaromate, aus dem Gas entfernt. Das so gereinigte Gas kann der Elektrolyse unmittelbar zugeleitet werden. Alternativ kann das bei der Verbrennung entstehende Gas aber auch (vor oder nach einer Aufreinigung) in ei nem Behälter zwischengespeichert und/oder transportiert werden, um anschließend einer Aufreinigung oder der Elektrolysezelle zugeleitet zu werden.

Das beschriebene Verfahren geht von einem Eduktgas aus, welches Kohlendioxid umfasst. Das Eduktgas kann reines Kohlendioxid sein oder kann weitere Bestand teile aufweisen, insbesondere Kohlenmonoxid und/oder Wasserdampf. Vorzugs weise enthält das Eduktgas 5 bis 15 % Kohlenmonoxid. Dadurch kann beispielsweise eine Reoxidation von Nickel im Elektrolyten verhindert oder jeden falls reduziert werden. Dass das beschriebene Verfahren der Herstellung von Koh lenmonoxid dient, schließt die Verwendung von Kohlenmonoxid als Edukt nicht aus. So kann mit dem beschriebenen Verfahren bei Verwendung von Kohlenmono- xid als Edukt weiteres Kohlenmonoxid hergestellt werden. Es kann also mit dem beschriebenen Verfahren die Menge und Kohlenmonoxid erhöht werden. Bei dem als Edukt verwendeten Kohlenmonoxid kann es sich - jedenfalls nachdem das Ver fahren angelaufen ist - um Kohlenmonoxid aus dem Produktgas handeln. In dem Fall wird also ein Teil des erhaltenen Kohlenmonoxids dem Verfahren wieder zu- geführt.

Das Eduktgas umfassend Kohlendioxid wird vorzugsweise im gasförmigen Zu stand über den Einlass des Kathodenraums in den Kathodenraum eingeleitet, so dass das Eduktgas an der Kathode entlang strömen können. Ist zwischen Anode und Kathode ein elektrischer Strom angelegt, wird das Kohlendioxid aus dem Eduktgas an der Kathode nach folgender chemischer Gleichungen reduziert:

C0 ₂ (g) + 2e- -> CO(g) + O ² - (1) Nach dieser Reaktionsgleichung wird ein Molekül gasförmigen Kohlendioxids (CO2) unter Aufnahme zweier Elektronen (e ) zu einem Molekül gasförmigen Koh lenmonoxids (CO) und einem Sauerstoff-Ion (O ² ) umgesetzt.

Der Elektrolyt ist vorzugsweise für Sauerstoff-Ionen (O ² ) durchlässig, nicht aber für Gasmoleküle wie beispielsweise CO2, CO, H2O oder H2. Die Sauerstoff-Ionen (O ² ) können also vom Kathodenraum in den Anodenraum gelangen. Dort kann fol gende Oxidationsreaktion ablaufen:

2 O ² — ^► 0 ₂ (g) + 4e (2) Nach dieser Reaktionsgleichung werden zwei Sauerstoff-Ionen (O ² ) zu einem Mo lekül gasförmigen Sauerstoffs (O2) umgesetzt, wobei vier Elektronen (e) freige setzt werden. Über eine Spannungsquelle können Elektronen von der Anode zur Kathode bewegt werden. Die Reaktionsgleichung (1) und (2) ergeben somit folgende Bilanzglei chung für die Elektrolysezelle: x CO2 — x CO + V2X O2 (3)

Mit der Elektrolysezelle kann also unter Energiezufuhr Kohlenmonoxid aus Koh lendioxid erhalten werden. Das Kohlenmonoxid entsteht an der Kathode und kann über einen Auslass des Kathodenraums abgeleitet werden. Weiterhin wird im Ano denraum Sauerstoff gebildet, der über den Auslass des Anodenraums abgeleitet werden kann. Mit dem beschriebenen Verfahren kann also auch Sauerstoff herge stellt werden. Das Kohlenmonoxid und der Sauerstoff können also getrennt vonei nander erhalten werden.

Es ist bevorzugt, dass der Anodenraum mit einem Spülgas gespült wird. Als Spül- gas kommen beispielsweise Luft, Sauerstoff (O2) und/oder Stickstoff (N2) in Be tracht. Durch das Spülgas kann der an der Anode gebildete Sauerstoff von der Anode weg geleitet werden. Der Partialdruck des Sauerstoffs an der Anode kann also gesenkt werden. Dadurch ist die für die Elektrolyse anzulegende Spannung zwischen Anode und Kathode geringer, wodurch Energie eingespart werden kann. Durch das Spülgas kann also der Wirkungsgrad gesteigert werden. Das Spülgas wird vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 900 °C erwärmt, bevor es in den Anodenraum eingeleitet wird. Dadurch können thermische Span nungen innerhalb der Elektrolysezelle vermieden werden. Die Elektrolyse wird mit dem Edukt Kohlendioxid durchgeführt, das im gasförmi gen Zustand der Elektrolysezelle zugeleitet wird. Das erfolgt in dem beschriebenen Verfahren gemäß Schritt b), so dass gemäß Schritt c) die Elektrolyse durchgeführt werden kann. Die Elektrolyse erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 800 bis 900 °C. Dazu wird das Eduktgas vorzugsweise in Schritt b) auf diese Tempera tur erwärmt. Während der Elektrolyse gemäß Schritt c) wird die Temperatur vor zugsweise im Bereich von 800 und 900 °C gehalten.

Es hat sich herausgestellt, dass der Wirkungsgrad der Elektrolyse durch Befeuchten des Eduktgases vor der Elektrolyse und insbesondere vor der Erwärmung gesteigert werden kann. Zudem wurde festgestellt, dass das Eduktgas durch das Befeuchten gereinigt werden kann. Je nach Quelle des Kohlendioxids kann das Eduktgas Ver unreinigungen enthalten, die durch das Befeuchten zumindest teilweise entfernt werden können.

In dem beschriebenen Verfahren wird daher das Eduktgas in Schritt a) befeuchtet. Unter Eduktgas ist das vor dem Befeuchten vorliegende Gas zu verstehen, das je denfalls Kohlendioxid umfasst. Durch das Befeuchten wird das Eduktgas zum „be feuchteten Eduktgas“, welches im Vergleich zum „Eduktgas“ einen höheren Was- seranteil enthält. Das Befeuchten erfolgt vorzugsweise vor dem Erwärmen für die Elektrolyse, so dass also das befeuchtete Eduktgas erwärmt wird.

Das befeuchtete Eduktgas wird der Elektrolysezelle zugeleitet, insbesondere durch Einleiten in den Kathodenraum. Bei der dann gemäß Schritt c) durchgeführten Elektrolyse kann ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt werden. Dieser kann durch den

Wasseranteil im befeuchteten Eduktgas erklärt werden. So kann an der Kathode das Wasser im Eduktgas nach folgender chemischer Gleichung reduziert werden:

H ₂ 0(g) + 2e -> H ₂ (g) + O ² - (4) Nach dieser Reaktionsgleichung wird ein Wasserdampf-Molekül (H2O) unter Auf nahme zweier Elektronen (e ) zu einem Molekül gasförmigen Wasserstoffs (H ₂ ) und einem Sauerstoff-Ion (O ² ) umgesetzt.

Weiterhin kann der Wasseranteil im Eduktgas nach folgender Reaktionsgleichung mit Kohlenmonoxid zu Kohlendoxid und Wasserstoff reagieren:

H ₂ 0(g) + CO(g) ^ H ₂ (g) + C0 ₂ (g) (5)

Bei dieser auch als „reversible water gas shiff ‘ bekannten Reaktion handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion, so dass auch Kohlendoxid und Wasserstoff zu Kohlenmonoxid und Wasser reagieren können. Durch die Elektrolyse wird Koh lendioxid (C0 ₂ ) nach Reaktionsgleichung (1) zu Kohlenmonoxid reduziert und Wasserdampf (H ₂ 0) nach Reaktionsgleichung (4) zu Wasserstoff (H ₂ ). Dadurch werden die Anteile in Reaktionsgleichung (5) verändert, so dass das chemische Gleichgewicht gestört ist. Dies kann die Bildung von Wasserdampf (H ₂ 0) und Koh lenmonoxid (CO) aus Wasserstoff (H ₂ ) und Kohlendioxid (C0 ₂ ) bewirken. Die Elektrolyse mit befeuchtetem Eduktgas ist also besonders effizient, weil mit bei der Elektrolyse gebildetem Wasserstoff die Umsetzung von Kohlendioxid zu Kohlen monoxid zusätzlich unterstützt werden kann.

Das Produktgas kann wegen Reaktionsgleichung (5) einen Anteil gasförmigen Kohlendioxids und/oder einen Anteil Wasserdampf enthalten. Es ist bevorzugt, dass das Produktgas nach Austritt aus dem Auslass des Kathodenraums in Kohlen monoxid einerseits und alle übrigen Stoffe andererseits aufgetrennt wird. Die übri gen Stoffe können vor allem Kohlendioxid und/oder Wasser sein. Das abgetrennte Kohlendioxid und/oder Wasser kann der Elektrolyse erneut zugeführt werden. Das Befeuchten gemäß Schritt a) erfolgt mit Wasser. Es wird also nicht bloß Was serdampf dem Eduktgas zugegeben. Das wäre energetisch nachteilig, weil zum Verdampfen von Wasser ein erheblicher Energieeintrag erforderlich wäre. Insbe sondere insoweit unterscheidet sich das beschriebene Verfahren von einer Co- Elektrolyse. Das befeuchtete Eduktgas enthält einen Wasseranteil. Zum Befeuchten des Eduktgases können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Eduktgas durch einen Befeuchter in einer Zuleitung zum Kathodenraum geleitet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Eduktgas in Schritt a) durch das Wasser geleitet.

Es hat sich herausgestellt, dass es bei dem beschriebenen Verfahren besonders ef fizient ist, das Eduktgas durch Wasser zu leiten. „Durchleiten“ bedeutet in dem Zu- sammenhang, dass das Eduktgas in das Wasser eingeleitet wird, unmittelbar mit dem Wasser in Kontakt kommt und anschließend aufgefangen wird. Es genügt also nicht, dass das Eduktgas durch eine von dem Wasser umgebene Leitung geleitet wird, so dass es zu keinem unmittelbaren Kontakt zwischen dem Eduktgas und dem Wasser kommt. Vorzugsweise wird das Eduktgas in Form von Blasen durch das Wasser geleitet. Beispielsweise kann das Eduktgas aus einer Vielzahl von Düsen öffnungen unterhalb einer Wasseroberfläche in das Wasser eingeleitet werden. Das Eduktgas steigt dann als Blasen im Wasser auf. Anschließend kann das Eduktgas nach Austreten aus dem flüssigen Wasser aufgesammelt und über einen Schlauch oder ein Rohr weitergeleitet werden oder unmittelbar über einen Schlauch oder ein Rohr weitergeleitet werden. Das befeuchtete Eduktgas kann mit einer Pumpe kom primiert werden, was aber nicht erforderlich ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt das Was ser in Schritt a) bei einer Temperatur im Bereich von 18 bis 25 °C vor.

Der angegebene Temperaturbereich entspricht der üblichen Raumtemperatur. Eine Steigerung des Wirkungsgrades kann bereits erzielt werden, wenn das Kohlendi oxid in Schritt a) durch das Wasser geleitet wird, welches eine derartige Temperatur hat. Entsprechend ist keine Heizung für das Wasser erforderlich. Auch muss keine Energie zur Erwärmung des Wassers aufgewendet werden.

Bei Verwendung von Wasser mit einer Temperatur im Bereich von 18 bis 25 °C kann ein Feuchtegrad des Kohlendioxids von 3 bis 5 % erreicht werden.

Wird beispielsweise ein Gemisch von 90 % gasförmigem Kohlendioxid und 10 % gasförmigem Kohlenmonoxid als Eduktgas verwendet und in Schritt a) mit 18 bis 25 °C warmem Wasser befeuchtet, kann ein befeuchtetes Eduktgas mit 87,3 % gas förmigem Kohlendioxid, 9,7 % gasförmigem Kohlenmonoxid und 3,0 % Wasser dampf erhalten werden. Dieses kann anschließend der Elektrolyse zugegeben wer den. Das an der Kathode erhaltene Produktgas kann in dem Fall weniger als 1 % Wasserstoff aufweisen. Das ist durch die Verschiebung des Gleichgewichts aus Re aktionsgleichung (5) zu erklären.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt das Was ser in Schritt a) bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 40°C vor.

In dieser Ausführungsform ist das Wasser gegenüber Raumtemperatur erwärmt. Durch Verwendung von erwärmtem Wasser kann ein erhöhter Feuchtegrad des Kohlendioxids erreicht werden. So kann beispielsweise bei einer Wassertemperatur von 33 °C ein Feuchtegrad des Kohlendioxids von 5 % erzielt werden. Wird beispielsweise ein Gemisch von 90 % gasförmigem Kohlendioxid und 10 % gasförmigem Kohlenmonoxid als Eduktgas verwendet und in Schritt a) mit 33 °C warmem Wasser befeuchtet, kann ein befeuchtetes Eduktgas mit 85,5 % gasförmi gem Kohlendioxid, 9,5 % gasförmigem Kohlenmonoxid und 5,0 % Wasserdampf erhalten werden, welches der Elektrolyse zugegeben werden kann. Das an der Ka thode erhaltene Produktgas kann auch in dem Fall weniger als 1 % Wasserstoff aufweisen. Das ist wiederum durch Verschiebung des Gleichgewichts aus Reakti onsgleichung (5) zu erklären.

Zur Erwärmung des Wassers können verschiedene Verfahren genutzt werden. Bei spielsweise können eine Heizung, ein Tauchsieder und/oder ein Wärmetauscher eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das für Schritt a) genutzte Wasser durch Wärme eines Produktes der Elektrolyse aus Schritt c) erwärmt.

In dieser Ausführungsform kann die Wärme der Produkte der Elektrolyse rückge wonnen und genutzt werden. Als Produkte kommen sowohl die an der Kathode als auch an der Anode entstehenden Produkte in Betracht. An der Kathode ist dies zum einen das mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte Kohlenmonoxid. Weiter hin kann an der Kathode Wasserstoff gebildet werden. An der Anode wird Sauer stoff gebildet. Die Produkte der Elektrolyse können insbesondere aufgrund einer Erwärmung des Eduktgases vor der Elektrolyse eine nutzbare Wärmeenergie auf weisen. Dies gilt auch für Anteile im Eduktgas, die ohne an einer chemischen Re aktion beteiligt zu sein den Kathodenraum wieder verlassen. Wurden auch diese Anteile vor der Elektrolyse erwärmt, kann deren Wärmeenergie nach der Elektro lyse für die Erwärmung des für Schritt a) genutzten Wassers rückgewonnen werden. Auch können die Produkte aufgrund der ablaufenden chemischen Reaktionen er wärmt sein.

Die Wärme der Produkte der Elektrolyse kann auf verschiedene Arten zur Erwär- mung des Wassers für Schritt a) genutzt werden. Beispielsweise kann ein Produkt gasstrom durch eine Leitung innerhalb des Wassers geleitet werden. Elm Wärme über eine möglichst große Leitungslänge abgeben zu können, ist die Leitung vor zugsweise spiralförmig ausgebildet. Durch die Leitung werden vorzugsweise nur die Produkte von der Kathode oder nur die Produkte der Anode geleitet, so dass es zu keiner Vermischung dieser Pro dukte kommt. Es ist auch möglich, eine jeweilige Leitung für die Produkte der Anode einerseits und für die Produkte der Kathode andererseits vorzusehen. Auch dadurch kann eine Vermischung verhindert werden.

Alternativ kann die Wärme der Produkte oder eines Teils der Produkte über einen Wärmetauscher an ein Wärmeträgermedium abgegeben werden. Das Wärmeträger medium kann zu einem weiteren Wärmetauscher geleitet werden, in dem das Wär meträgermedium seine Wärme an das für Schritt a) genutzte Wasser abgibt. Durch den Wärmetauscher werden vorzugsweise nur die Produkte von der Kathode oder nur die Produkte von der Anode geleitet, so dass es zu keiner Vermischung dieser Produkte kommt. Es ist auch möglich, einen jeweiligen Wärmetauscher und/oder einen jeweiligen Zweig eines gemeinsamen Wärmetauschers für die Produkte der Anode einerseits und für die Produkte der Kathode andererseits vorzusehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt a) derart durchgeführt, dass nach Schritt a) ein Wassergehalt des befeuchte ten Eduktgases 2 bis 6 % beträgt. Der Wassergehalt des befeuchteten Eduktgases nach Schritt a) kann durch verschie dene Maßnahmen eingestellt werden. Wird Kohlendioxid beispielsweise als Blasen durch das Wasser hindurchgeleitet, kann bei einer höheren Wassertemperatur, einer höheren Kohlendioxidtemperatur, einem geringeren Kohlendioxidfluss, einer klei- neren Blasengröße und/oder einer größeren Strecke zur Wasseroberfläche mehr Wasser aufgenommen werden. Durch Veränderung dieser und/oder anderer Para meter kann der Wassergehalt des befeuchteten Eduktgases eingestellt werden. Die Parameter für einen bestimmten gewünschten Wassergehalt können experimentell bestimmt werden.

Die Ausbeute an Kohlenmonoxid ist umso höher, je niedriger der Wassergehalt im befeuchteten Eduktgas ist. Der Wirkungsgrad steigt mit dem Wassergehalt des be feuchteten Eduktgases bis zu einem Wassergehalt des befeuchteten Eduktgases von etwa 20 %. Es hat sich herausgestellt, dass ein Wassergehalt von 2 bis 6 % im be- feuchteten Eduktgas einen guten Kompromiss zwischen diesen beiden Aspekten darstellt.

Als weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Koh lenmonoxid vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst: - eine Elektrolysezelle mit einer Anode und einer Kathode, die durch einen

Elektrolyten voneinander getrennt sind, sowie einem an die Kathode angren zenden Kathodenraum, und eine Zuleitung zum Kathodenraum, welche einen Befeuchter umfasst. Die beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfah rens sind auf die Vorrichtung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das be schriebene Verfahren wird vorzugsweise mit der beschriebenen Vorrichtung durch geführt. Die beschriebene Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des be schriebenen Verfahrens bestimmt und eingerichtet. Über die Zuleitung mit dem Befeuchter kann ein Kohlendioxid umfassendes Eduktgas befeuchtet werden (Schritt a) des beschriebenen Verfahrens) und der Elektrolysezelle zugeleitet wer den (Schritt b)). In der Elektrolysezelle kann die Elektrolyse durchgeführt werden (Schritt c)). Dazu weist die Elektrolysezelle vorzugsweise eine Strom- und Span- nungsquelle auf, mittels derer ein Strom zwischen Kathode und Anode angelegt werden kann. Die Elektrolysezelle ist vorzugsweise als eine Hochtemperatur-Elekt- rolysezelle ausgebildet.

Im Kathodenraum kann ein Gas an der Kathode entlang strömen. Weiterhin weist die Elektrolysezelle vorzugsweise einen Anodenraum auf, der an die Anode an grenzt. Im Anodenraum kann ein Gas an der Anode entlang strömen. Anodenraum und/oder Kathodenraum weisen vorzugsweise jeweils einen Einlass und einen Aus lass auf. Die Elektrolysezelle weist vorzugsweise weiterhin eine Zuleitung zum Ka thodenraum auf, über die ein Spülgas in den Anodenraum eingeleitet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen von Wasser innerhalb des Befeuch ters mittels eines Produktes einer in der Elektrolysezelle ablaufenden Elektrolyse. Die Erwärmungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Leitung, durch welche Pro dukte der Elektrolyse durch das für Schritt a) verwendete Wasser geleitet werden können. Alternativ kann die Erwärmungseinrichtung auch die oben beschriebenen Wärmetauscher umfassen. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figu ren näher erläutert. Es ist daraufhinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeig ten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren er läuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinie ren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen be zeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren er- gänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

Fig. 1: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Kohlenmo noxid. Das Verfahren wird unter Verwendung der Bezugszeichen aus Fig. 2 be schrieben. Das Verfahren umfasst: a) Befeuchten eines Kohlendioxid umfassenden Eduktgases mit Wasser, b) Zuleiten des befeuchteten Eduktgases aus Schritt a) in eine Elektrolysezelle 1, und c) Elektrolysieren des gemäß Schritt b) zugeleiteten befeuchteten Eduktgases in der Elektrolysezelle 1, so dass das Kohlenmonoxid erhalten wird. Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 12 zur Herstellung von Kohlenmonoxid, insbesondere gemäß dem Verfahren aus Fig. 1. Die Vorrichtung 12 umfasst eine Elektrolyse zelle 1 mit einer Anode 2 und einer Kathode 3, die durch einen Elektrolyten 10 voneinander getrennt sind. Weiterhin umfasst die Elektrolysezelle 1 einen an die Anode 2 angrenzenden Anodenraum 4, in dem ein Gas an der Anode 2 entlang strömen kann. Weiterhin umfasst die Elektrolysezelle 1 einen an die Kathode 3 an grenzenden Kathodenraum 5, in dem ein Gas an der Kathode 3 entlang strömen kann. Der Anodenraum 4 hat einen Einlass 6 und einen Auslass 7. Der Kathoden raum 5 hat einen Einlass 8 und einen Auslass 9. An den Einlass 8 des Kathoden raums 5 ist eine Zuleitung 13 mit einem Befeuchter 11 angebunden. An den Auslass 9 des Kathodenraums 5 ist eine Ableitung 14 angebunden. Die Ableitung 14 um fasst eine Erwärmungseinrichtung 15 zum Erwärmen des Befeuchters 11 mittels eines Produktes einer in der Elektrolysezelle 1 ablaufenden Elektrolyse. Durch eine gepunktete Linie ist angedeutet, dass Wärme von der Erwärmungseinrichtung 15 zum Befeuchter 11 geleitet werden kann.

Über die Zuleitung 13 zum Kathodenraum 5 kann ein Kohlendioxid enthaltendes Eduktgas in den Kathodenraum 5 geleitet werden (Schritt b) des Verfahrens aus Fig. 1). Mit dem Befeuchter 11 kann das Eduktgas dabei befeuchtet werden (Schritt a)). In der Elektrolysezelle 1 kann die Elektrolyse durchgeführt werden (Schritt c)).

Dabei wird das Kohlendioxid aus dem befeuchteten Eduktgas an der Kathode 3 zu Kohlenmonoxid reduziert. An der Anode 2 können die bei der Elektrolyse gebilde ten Sauerstoff-Ionen zu Sauerstoff reagieren. Ein Spülgas kann in den Einlass 6 des Anodenraums 4 eingeleitet und zusammen mit dem so entstandenen Sauerstoff aus dem Auslass 7 des Anodenraums 4 herausgeleitet werden. In der gezeigten Ausfüh rungsform ist das Spülgas Stickstoff. Alternativ kann aber insbesondere auch Sau erstoff als Spülgas verwendet werden.

Das Eduktgas kann in Schritt a) befeuchtet werden, indem das Eduktgas durch Was- ser geleitet wird, insbesondere innerhalb des Befeuchters 11. Vorzugsweise beträgt ein Wassergehalt des befeuchteten Eduktgases 2 bis 6 %. Das Wasser innerhalb des Befeuchters 11 kann über die Erwärmungseinrichtung 15 durch ein aus dem Katho denraum 5 entnommenes Produktgas erwärmt werden, vorzugsweise auf 25 bis 40°C. Alternativ kann das Wasser auch bei Raumtemperatur, insbesondere bei 18 bis 25 °C, verwendet werden. Mit dem beschriebenen Verfahren und mit der beschriebenen Vorrichtung 12 kann Kohlenmonoxid durch CCk-Elektrolyse mit einem besonders hohen Wirkungsgrad hergestellt werden. Das wird erreicht, indem das Kohlendioxid enthaltende Edukt gas vor der Elektrolyse befeuchtet wird.

Bezugszeichenliste

1 Elektrolysezelle

2 Anode

3 Kathode

4 Anodenraum

5 Kathodenraum

6 Einlass des Anodenraums

7 Auslass des Anodenraums

8 Einlass des Kathodenraums

9 Auslass des Kathodenraums

10 Elektrolyt

11 Befeuchter

12 Vorrichtung

13 Zuleitung zum Kathodenraum

14 Ableitung aus dem Kathodenraum

15 Erwärmungseinrichtung