Beschreibung

Zellkonzept zur Nutzung nicht-ionisch leitfähiger Extraktionsmedien

Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Vorrichtung zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, mit der eine ef fektive Extraktion eines Kathodenprodukts gewährleistet werden kann, sowie ein Verfahren zur Durchführung einer zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, mit der eine entsprechende Extraktion erzielt werden kann .

Durch die Verbrennung von fossilen Brennstof fen wird momentan etwa 80% des weltweiten Energiebedarfs gedeckt . Durch diese Verbrennungsprozesse wurden im Jahr 2011 weltweit circa 34 . 032 , 7 Millionen Tonnen Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) in die Atmosphäre emittiert . Diese Freisetzung ist der einfachste Weg, auch große Mengen an CO2 (Braunkohlekraftwerke über 50000t pro Tag) zu entsorgen .

Die Diskussion über die negativen Auswirkungen des Treibhausgases CO2 auf das Klima hat dazu geführt , dass über eine Wiederverwertung von CO2 nachgedacht wird . Thermodynamisch gesehen liegt CO2 sehr niedrig und kann daher nur schwer wieder zu brauchbaren Produkten reduziert werden . Jedoch gibt es Ansätze , CO2 in Elektrolyseuren elektrochemisch zu reduzieren und damit Wertstof fe in der Chemie her- und bereitzustellen, und gleichzeitig das vorhandene CO2 zu verringern .

In der Natur wird das CO2 durch Photosynthese zu Kohlenhydraten umgesetzt . Dieser zeitlich und auf molekularer Ebene räumlich in viele Teilschritte auf gegliederte Prozess ist nur sehr schwer großtechnisch kopierbar . Den im Vergleich zur reinen Photokatalyse momentan ef fi zienteren Weg stellt die elektrochemische Reduktion des CO2 dar . Eine Mischform ist die lichtunterstütze Elektrolyse bzw . die elektrisch unterstützte Photokatalyse . Beide Begri f fe sind synonym zu verwenden, j e nach Blickwinkel des Betrachters . Derzeit werden einige mögliche Wege zur Herstellung von Energieträgern und chemischen Grundstoffen auf Basis regenerativer Energien diskutiert. Als besonders erstrebenswert gilt die direkte elektrochemische oder photochemische Umsetzung von CO2 in Kohlenwasserstoffe oder deren Sauerstoff-Derivate.

Dabei kommt üblicherweise Kupfer als Katalysator eine besondere Rolle zu. Kupfer ist derzeit der einzig bekannte Katalysator, der CO2 zu C2+ Produkten reduzieren kann, wie z.B. Ethen, n-Propanol, Ethanol, Essigsäure, etc.. Weitere mögliche Katalysatoren sind Silber, Gold (Hauptprodukt: CO) oder Zinn, Blei, Bismut (Hauptprodukt: Ameisensäure) .

Wenn also Möglichkeiten bestehen, CO, Ethen, n-Propanol, Ethanol, Essigsäure, und/oder Ameisensäure, etc., aus CO2 unter Einbeziehung regenerativer Energiequellen zu erzeugen, eröffnet dies eine Vielzahl von Möglichkeiten, die fossilen Rohstoffe als Kohlenstoff quelle in vielen chemischen Produkten teilweise oder vollständig zu ersetzen.

Eine mögliche Route ist die elektrochemische Zerlegung von CO2 in o.g. Produkte und O2. Dabei handelt es sich um ein einstufiges Verfahren. An der Kathode wird hier üblicherweise eine Gasdiffusionselektrode (GDE) verwendet, die auf einer Seite mit dem Edukt umfassend oder bestehend aus CO2 umströmt wird, und auf der anderen Seite einen salzhaltigen Elektrolyten (oftmals KHCO3, K2CO3, K2SO4) als lonenbrücke zur Anodenseite enthält, der eine ionische Leitfähigkeit bereitstellt und gleichzeitig die Extraktion von flüssigen Produkten sicherstellt. Die Katalysatorschicht der GDE besteht dabei üblicherweise aus einem Katalysator, z.B. Kupfer, und einem Bindermaterial (z.B. PVDF: Polyvinylidendif luorid, PTFE: Polytetrafluorethylen) und/oder einem ionenleitenden Bindermaterial (z.B. anionenleitende oder kationenleitende Binder) .

Dieser Zellaufbau bringt jedoch einige Probleme mit sich: a. Um eine ausreichende ionische Leitfähigkeit sicherzustellen, werden meist Salze mit Metallkationen verwendet (z.B. IM KHCO3 in Wasser) . Die dabei entstehenden flüssigen Produkte aus der CO2 Elektrolyse, wie verschiedene Alkohole, Essigsäure und Ameisensäure zu extrahieren, ist meist ineffizient und unrentabel. Es wäre daher wünschenswert, flüssige Hauptprodukte der CCU-Reduktion (z.B. Ethanol, ca. 28% FE bei CO2 Elektrolyse (Martic et al.; (2020) , "Ag ₂ Cu2C>3 - a catalyst template material for selective electroreduction of CO to C2+ products"; Energy Environ. Sei. 13 (2020) 2993) ) direkt in ein geeignetes Extraktionsmedium zu extrahieren, z.B. direkt in einen Alkohol oder besonders bevorzugt in ein in Wasser nicht- oder teilweise mischbares Extraktionsmittel. Durch die yT-209 Electrical conductivity in ethanol, bio-ethanol, and biofuel - Fast and easy conductivity measurement according to DIN 15938) bzw. des Extraktionsmittels ist Ethanol als Elektrolyt jedoch nicht gut geeignet. b. Weiterhin führt die Nutzung eines salzhaltigen Elektrolyten dazu, dass kein kontinuierlicher Elektrolysebetrieb möglich ist. Durch die Produktion von beispielsweise Ameisensäure und Essigsäure bei der CO2 Elektrolyse kommt es zur Neutralisation des basischen Elektrolyten:

Nachdem die Pufferkapazität erschöpft ist, wird weiterhin HCOOH (Ameisensäure) und CH3COOH (Essigsäure) in den Elektrolyten eingelöst, was zu einer Versauerung des Elektrolyten führt. Diese Versauerung führt zu einem niedrigen pH-Wert des Kathodenelektrolyten . Der niedrige pH-Wert begünstigt die Hydrogen Evolution Reaction (HER) an der Kathode, was zu einer ineffizienten CO2 Reduktion führt.

Fig. 1 zeigt den kathodenseitigen Zellaufbau und die daraus resultierenden Probleme für die Reduktion von CO2 zu CO als auch für die Reduktion von CO2 zu Kohlenwasserstoffen. Aus CO2 kann hierbei kathodenseitig an der Kathode K, hier bei- spielhaft in Form einer Cu-haltigen Gasdiffusionselektrode (GDE) , mindestens ein gasförmiges Produkt G, umfassend z.B. CO, C2H4, CH4, etc., entstehen. Flüssige Produkte L wie Ethanol, n-Propanol, etc., können in einen Elektrolytraum 3' eindringen, in den ein Elektrolyt El eingebracht werden kann, z.B. IM KHCO3 in Wasser, der diese ggf. lösen kann. Von der Anodenseite (nicht im Detail dargestellt) können zudem Protonen H ⁺ und/oder deren hydratisierte Form zugeführt werden. Bei der CO2 Elektrolyse können zudem neben den flüssigen Produkten L auf Kathodenseite Anionen wie HCO3-, CH3CO2- und/oder HCO2~ entstehen, die ebenfalls in den Elektrolyt El im Elektrolytraum 3 übertreten können. Mittelfristig entsteht dann beispielsweise eine Mischung Ml umfassend KHCO3, HCOOK und CH3COOK sowie ggf. andere flüssige Produkte, bei einer Versauerung - nach Aufbrauchen des Puffers im Elektrolyt El - jedoch langfristig eine Mischung M2 umfassend HCOOK und CH3COOK, HCOOH und CH3COOH sowie ggf. andere flüssige Produkte, welche eine Abtrennung flüssiger Produkte erschweren kann aufgrund der höheren Komplexität der Mischung. Durch die Entstehung der Säuren und deren Lösung im Elektrolyten El kann es dann zur Dominanz der HER kommen, was die Effizienz der Elektrolyse deutlich herabsetzt.

Zur Lösung des Problems gibt es erste Ansätze mit Zellaufbauten, die es ermöglichen Säuren im Elektrolytspalt anzureichern bzw. abzuführen, jedoch wird dazu Wasser genutzt, was nach wie vor die Abtrennung der Produkte erschwert. Diese sind beispielsweise in Xia et al.; (2019) , "Continuous production of pure liquid fuel solutions via electrocatalytic CO2 reduction using solid-electrolyte devices"; Nature Energy 4 (2019) 776-785; Fan et al.; (2020) , "Electrochemical CO2 reduction to high-concentration pure formic acid solutions in an all-solid-state-reactor"; Nature Communications 11 (2020) 3633; und Yang et al.; (2017) , "Electrochemical conversion of CO2 to formic acid utilizing Sustainion membranes"; Journal of CO2 Utilization 20 (2017) 208-217 beschrieben. Für eine ef fektive Abtrennung von flüssigen Produkten der CCd-Elektrolyse besteht j edoch weiterhin ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren und einem verbesserten Zellaufbau bei der Elektrolyse von CO2 und/oder CO .

Die Erfinder haben gefunden, dass mithil fe einer Kombination einer speziellen Zellanordnung verbunden mit einem Extraktionsmedium in einem Extraktionsraum zwischen den Elektroden einer Vorrichtung zur Elektrolyse , beispielsweise einer Elektrolysezelle , eine ef fektive Abtrennung von flüssigen und/oder löslichen Produkten der Elektrolyse von CO2 und/oder CO erfolgen kann .

In einem ersten Aspekt betri f ft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, umfassend einen Kathodenraum umfassend einen Kathodengasraum und eine Kathode , wobei die Kathode dazu ausgebildet ist , CO2 und/oder CO aus dem Kathodengasraum zu mindestens einem ersten Katho- denprodukt umzusetzen, wobei die Kathode bevorzugt als Gasdi f fusionselektrode ausgebildet ist ;

- mindestens eine erste Gas zuführung, welche mit dem Kathodengasraum in Verbindung ist und dazu ausgebildet ist , dem Kathodengasraum einen ersten Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO zuzuführen;

- eine erste lonenaustauschermembran, welche einen Anionenaustauscher enthält und welche an den Kathodenraum angrenzt , wobei die Kathode die erste lonenaustauschermembran kontaktiert ;

- einen Anodenraum umfassend eine Anode ;

- einen Extraktionsraum, der zwischen der ersten lonenaustauschermembran und dem Anodenraum angeordnet ist , wobei der Extraktionsraum einen porösen, ionisch leitenden Feststoffelektrolyten umfasst , der die erste lonenaustauschermembran zumindest teilweise kontaktiert , wobei die erste lonenaustauschermembran derart gestaltet ist , das mindestens eine erste Kathodenprodukt zumindest teilweise in einen angrenzenden Extraktionsraum durchzulassen und/oder in den Extraktionsraum zu fördern; wobei in den Extraktionsraum ein Extraktionsmedium eingebracht ist , wobei das Extraktionsmedium Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew . % , bevorzugt 0 bis 30 Gew . % , weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew . % , und mindestens ein organisches Lösungsmittel umfasst , wobei das Extraktionsmedium dazu ausgebildet ist , das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . mindestens ein erstes Produkt , welches aus dem ersten Kathodenprodukt durch Reaktion entsteht , zumindest teilweise zu extrahieren;

- mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , dem Extraktionsraum das Extraktionsmedium zuzuführen; und

- mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , das Extraktionsmedium umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt abzuführen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO in einer Elektrolysezelle umfassend einen Kathodenraum umfassend einen Kathodengasraum und eine Kathode , wobei die Kathode bevorzugt als Gasdi f fusionselektrode ausgebildet ist , eine erste lonenaustauschermembran, welche einen Anionenaustauscher enthält , und welche an den Kathodenraum angrenzt , wobei die Kathode die erste lonenaustauschermembran kontaktiert , einen Anodenraum umfassend eine Anode , einen Extraktionsraum, der zwischen der ersten lonenaustauschermembran und dem Anodenraum angeordnet ist , wobei der Extraktionsraum einen porösen, ionisch leitenden Feststoffelektrolyten umfasst , der die erste lonenaustauschermembran zumindest teilweise kontaktiert und wobei in den Extraktionsraum ein Extraktionsmedium eingebracht ist , wobei das Extraktionsmedium Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew . % , bevorzugt 0 bis 30 Gew . % , weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew . % , und mindestens ein organisches Lösungsmittel umfasst , das Verfahren umfassend :

- Zuführen des Extraktionsmediums über mindestens eine erste Zuführung in den Extraktionsraum;

- Einbringen eines ersten Gasstroms umfassend CO2 und/oder CO in den Kathodengasraum derart , dass das CO2 und/oder CO mit der Kathode in Kontakt kommt ;

- Umsetzen von CO2 und/oder CO an der Kathode zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt ;

- Durchlässen oder Überführen des mindestens einen ersten Ka- thodenprodukts zum Extraktionsraum;

- ggf . Umsetzen des mindestens einen ersten Kathodenprodukts zu mindestens einem ersten Produkt im Extraktionsraum;

- zumindest teilweise Extrahieren des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und/oder ggf . des mindestens einen ersten Produkts in das Extraktionsmedium; und

- Abführen des Extraktionsmediums umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt aus dem Extraktionsraum über mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium .

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen .

Die beiliegenden Zeichnungen sollen Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln . Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung . Andere Aus führungs formen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen .

Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt . Gleiche , funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente , Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist , j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen . Figur 1 zeigt einen kathodenseitigen Zellaufbau einer Elektrolysezelle für die CC^-Elektrolyse nach dem Stand der Technik .

In Figur 2 ist schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt .

Aus Figur 3 lassen sich die Vorgänge an einem kathodenseitigen Zellaufbau in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entnehmen .

Figuren 4 und 5 zeigen schematisch beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren .

Figur 6 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Beispiel 1 .

Figuren 7 und 8 sind NMR-Spektren, welche im Rahmen von erfindungsgemäßen Beispielen auf genommen wurden .

So nicht anderweitig definiert , haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird .

Gasdi f fusionselektroden ( GDE ) sind Elektroden, in denen flüssige , feste und gas förmige Phasen vorliegen, und wo insbesondere ein leitender Katalysator eine elektrochemische Reaktion zwischen der flüssigen und der gas förmigen Phase katalysiert .

Als hydrophob wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung wasserabweisend verstanden . Hydrophobe Poren und/oder Kanäle sind erfindungsgemäß also solche , welche Wasser abweisen . Insbesondere sind hydrophobe Eigenschaften erfindungsgemäß mit Stof fen bzw . Molekülen mit unpolaren Gruppen assoziiert . Als hydrophil wird im Gegensatz hierzu die Fähigkeit zur Wechselwirkung mit Wasser und anderen polaren Stof fen verstanden .

In der Anmeldung beziehen sich Mengenangaben auf Gew . % , soweit es nicht anderweitig angegeben oder aus dem Zusammenhang ersichtlich ist . In der erfindungsgemäßen Gasdi f fusionselektrode ergänzen sich die Gew . %-Anteile auf 100 Gew . % .

Der Normaldruck ist 101325 Pa = 1 , 01325 bar .

Elektro-Osmose :

Unter Elektro-Osmose versteht man ein elektrodynamisches Phänomen, bei dem auf in Lösung befindliche Teilchen mit einem positiven Zeta-Potential eine Kraft hin zur Kathode und auf alle Teilchen mit negativem Zeta-Potential eine Kraft zur Anode wirkt . Findet an den Elektroden ein Umsatz statt , d . h . fließt ein galvanischer Strom, so kommt es auch zu einem Stof fstrom der Teilchen mit positivem Zeta-Potential zur Kathode , unabhängig davon, ob die Spezies an der Umsetzung beteiligt ist oder nicht . Entsprechendes gilt für ein negatives Zeta-Potential und die Anode . I st die Kathode porös , wird das Medium faktisch durch die Elektrode hindurch gepumpt . Man spricht auch von einer Elektro-Osmotischen-Pumpe .

Die durch Elektro-Osmose bedingten Stof fströme können auch entgegengesetzt zu Konzentrationsgradienten fließen . Di f fusionsbedingte Ströme , die die Konzentrationsgradienten ausgleichen, können hierdurch überkompensiert werden .

Ein Separator ist eine Barriere , beispielsweise eine Schicht , welche in einer Elektrolysezelle eine räumliche und zumindest teilweise auch stof fliche Trennung zwischen verschiedenen Räumen der Elektrolysezelle bewerkstelligen kann sowie eine elektrische Trennung zwischen Anode und Kathode , j edoch einen lonentransport zwischen den verschiedenen Räumen zulässt . Ein Separator weist insbesondere kein fest zugeordnetes Potential auf , wie eine Elektrode . Ein Separator kann beispielsweise eine flächig ausgebildete Barriere mit gleichbleibender Flächenbelegung sein . Insbesondere sind Membranen und Diaphragmen als spezielle Beispiele von Separatoren anzusehen .

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft eine Vorrichtung zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, insbesondere von CO2 , umfassend einen Kathodenraum umfassend einen Kathodengasraum und eine Kathode , wobei die Kathode dazu ausgebildet ist , CO2 und/oder CO, insbesondere CO2 , aus dem Kathodengasraum zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt umzusetzen, wobei die Kathode bevorzugt als Gasdi f fusionselektrode ausgebildet ist ;

- mindestens eine erste Gas zuführung, welche mit dem Kathodengasraum in Verbindung ist und dazu ausgebildet ist , dem Kathodengasraum einen ersten Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO, insbesondere CO2 , zuzuführen;

- eine erste lonenaustauschermembran, welche einen Anionenaustauscher enthält und welche an den Kathodenraum angrenzt , wobei die Kathode die erste lonenaustauschermembran kontaktiert ;

- einen Anodenraum umfassend eine Anode ;

- einen Extraktionsraum, der zwischen der ersten lonenaustauschermembran und dem Anodenraum angeordnet ist , wobei der Extraktionsraum einen porösen, ionisch leitenden Feststoffelektrolyten umfasst , der die erste lonenaustauschermembran zumindest teilweise kontaktiert , wobei die erste lonenaustauschermembran derart gestaltet ist , das mindestens eine erste Kathodenprodukt zumindest teilweise in einen angrenzenden Extraktionsraum durchzulassen und/oder in den Extraktionsraum zu fördern;

- wobei in den Extraktionsraum ein Extraktionsmedium eingebracht ist , wobei das Extraktionsmedium Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew . % , bevorzugt 0 bis 30 Gew . % , weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew . % , und mindestens ein organisches Lösungsmittel umfasst , wobei das Extraktionsmedium dazu ausgebildet ist , das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . mindestens ein erstes Produkt , welches aus dem ersten Kathodenprodukt durch Reaktion entsteht , zumindest teilweise zu extrahieren;

- mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , dem Extraktionsraum das Extraktionsmedium zuzuführen; und

- mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , das Extraktionsmedium umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt abzuführen .

Die Vorrichtung zur Elektrolyse ist hierbei nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise eine Elektrolysezelle sein, aber auch eine Vorrichtung umfassend mehrere Elektrolysezellen, beispielsweise auch in einem oder mehreren Stacks , wobei dann j ede Elektrolysezelle eine Anode und Kathode aufweist . Entsprechend kann die Vorrichtung entsprechende Zu- und/oder Abführungen, etc . , aufweisen, welche nicht besonders beschränkt sind .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie auch das erfindungsgemäße Verfahren, dienen gemäß bestimmter, bevorzugter Aus führungs formen, der Elektrolyse von CO2 , insbesondere einer Elektrolyse von CO2 , bei der Ameisensäure und/oder C2+- Verbindungen wie Ethanol , Propanol , Ester, etc . gebildet werden, welche gut extrahierbar sind . Hierfür kann die Kathode entsprechend geeignete Katalysatoren enthalten, z . B . Cu, Bi , etc .

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kathodenraum umfassend einen Kathodengasraum und eine Kathode nicht besonders beschränkt . Die Kathode ist dazu ausgebildet , CO2 und/oder CO aus dem Kathodengasraum zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt umzusetzen . Die Kathode ist im erfindungsgemäßen Verfahren wie auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht besonders beschränkt , ist j edoch gemäß bestimmten Aus führungs formen zumindest teilweise porös , weist beispielsweise also eine zumindest teilweise poröse Struktur oder eine poröse Struktur auf . Der Begri f f „teilweise porös" umfasst hierbei sowohl die Möglichkeit , dass die Elektrode insgesamt porös ist , wie dies beispielsweise bei Gasdi f fusionselektroden der Fall sein kann, als auch die Möglichkeit , dass nur Teile der Elektrode porös oder sogar nur teilweise porös sind, wie beispielsweise in Membran-Elektroden- Anordnungen . Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist die Elektrode eine Gasdi f fusionselektrode , eine Katalysatorschicht , eine membrangebundene Elektrodenschicht , oder eine Membran-Elektroden-Anordnung . Die entsprechenden Elektrodentypen eignen sich besonders gut für eine Gaskontaktierung mit CO2 und/oder CO und schaf fen zudem ein gutes Gefüge für eine gute Verteilung des Katalysators , sodass eine ef fi ziente Kontaktierung des Katalysators ermöglicht wird . Die Gasdi f fusionselektrode , Katalysatorschicht - beispielsweise auf einem geeigneten, nicht beschränkten Träger, die membrangebundene Elektrodenschicht und die Membran-Elektroden- Anordnung sind nicht besonders beschränkt , und können neben dem Katalysator weitere Bestandteile , beispielsweise zur Verbesserung der lonenleit f ähigkeit und/oder der elektrischen Leitfähigkeit , zur verbesserten Gaskontaktierung, zum Schutz der Elektrode , etc . , aufweisen, wie sie in entsprechenden Elektroden, insbesondere Kathoden zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, bereits zur Anwendung kommen .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist die Kathode eine Gasdi f fusionselektrode . Eine Gasdi f fusionselektrode kann einen ef fi zienten Gastransport ermöglichen und ein Durchdringen des Elektrolyten vermindern oder sogar verhindern .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist die Kathode eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) , insbesondere eine 1 /2-MEA ( eine 1 /2 MEA ist hierbei eine Anordnung, bei der nur auf einer Seite der Membran eine Elektrode aufgebracht wird, im Gegensatz zu einer in der BEM üblichen MEA, wo die Membran auf beiden Seiten eine Elektrode aufgebracht vorweist ) . So eine 1/2 MEA vorliegt , zeigt die eine Seite der Membran, hier also der ersten lonenaustauschermembran, in Richtung Extraktions- medium, also kommt mit dem Extraktionsmedium in Kontakt . Eine Membran-Elektroden Anordnung, in der beispielsweise eine mikroporöse Katalysatorschicht auf eine nanoporöse Membran aufgebracht sein kann, wobei die Membran bevorzugt den Elektrolyt kontaktiert , kann beispielsweise gegenüber Gasdi f fusionselektroden den Vorteil aufweisen, dass ein Übertritt von Gas , beispielsweise des ersten Gasstroms und/oder eines Produktgases und/oder von Gas bei einer Neutralisation, in den Elektrolyten vermindert bzw . sogar verhindert werden kann .

Generell reicht es auch aus , dass nur bestimmte Teile der Kathode zumindest teilweise porös sind, beispielsweise auch nur die Kontaktstruktur zum Kontaktieren des ersten Gasstroms umfassend CO2 und/oder CO . Die Kathode kann aus einer oder mehreren Schichten auf gebaut sein, beispielsweise :

- porösen Schichten aus einem Binderpolymer, inerten Füllpartikeln und/oder leitfähigkeitsvermittelnden Partikeln, z . B . zur Gaskontaktierung;

- porösen Schichten umfassend einen Katalysator, also Reduktionskatalysator, zur Reduktion von CO2 und/oder CO, beispielsweise bestehend aus Binderpolymer, optional inerten Füllpartikeln, optional leitfähigkeitsvermittelnden Partikeln und einem Reduktionskatalysator ;

- Schichten aus ionenleitendem / ionenselektiven Polymeren, leitfähigkeitsvermittelnden Partikeln und/oder einem Katalysator ;

- porösen und oder geschlossenen Deckschichten, z . B . aus ionenleitendem Material , beispielsweise zum Schutz der Kathode .

Die leitfähigkeitsvermittelnden Partikel , Binderpolymere , io- nenleitenden Materialien, inerten Füllpartikel , Katalysatoren sowie ggf . auch weitere Zusätze sind nicht besonders beschränkt und können solche sein, welche in Elektroden für die Reduktion von CO2 und/oder CO angewendet werden .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst die Kathode als Katalysator ein Material , das ausgewählt ist aus der Liste , bestehend aus Ag, Al, Au, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Hf, Hg, In, Ir, Mn, Mo, Nb, Nd, Ni, Pb, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sb, Si, Sm, Sn, Ta, Tb, Te, TI, V, W, Zr, sowie deren Oxide und/oder Legierungen sowie Mischungen davon, sowie weiteren geeigneten Katalysatoren. Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst die Kathode Cu.

Der erste Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO kann im erfindungsgemäßen Verfahren auf geeignete Weise zur Kathode eingebracht werden über einen Kathodengasraum, welcher nicht besonders beschränkt ist und mit der Kathode in Kontakt ist.

Ein entsprechender Kathodengasraum kann sich neben der Kathode, beispielsweise auf einer Seite, befinden, wobei sich dann die erste lonenaustauschermembran auf der anderen Seite der Kathode befinden kann, oder er kann sich auch in der Kathode befinden, beispielsweise in einer Kathode, die als Gasdiffusionselektrode ausgestaltet ist, wobei hier dann der erste Gasstrom durch die GDE eingebracht werden kann, wobei dies jedoch nicht bevorzugt ist. Gemäß bestimmten, bevorzugten, Aus führungs formen befindet sich ein Kathodengasraum auf einer Seite der Kathode und die erste lonenaustauschermembran auf der anderen Seite der Kathode, wobei beide Räume bevorzugt durch die als Gasdiffusionselektrode oder entsprechend zumindest teilweise porös ausgeführte Kathode getrennt sind.

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist das Edukt der Elektrolyse CO2 und/oder CO - es wird also ein erster Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO, beispielsweise 20 Gew.% oder mehr, 50 Gew.% oder mehr, 70 Gew.% oder mehr, 80 Gew.% oder mehr, 90 Gew.% oder mehr, 95 Gew.% oder mehr, 99 Gew.% oder mehr oder sogar 100 Gew.% CO2 und/oder CO, bezogen auf den ersten Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO, in den Kathodengasraum geleitet. Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist das Edukt der Elektrolyse CO2 - es wird also ein erster Gasstrom umfassend CO2, beispielsweise 20 Gew.% oder mehr, 50 Gew.% oder mehr, 70 Gew.% oder mehr, 80 Gew.% oder mehr, 90 Gew.% oder mehr, 95 Gew.% oder mehr, 99 Gew.% oder mehr oder sogar 100 Gew . % CO2 bezogen auf das Gas umfassend CO2 , in den Kathodengasraum geleitet .

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem die mindestens eine erste Gas zuführung nicht besonders beschränkt , sofern sie den ersten Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO als Edukt dem Kathodengasraum zuführen kann . Der erste Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO kann hierbei gas förmig sein, kann aber auch beispielsweise Flüssigkeitströpf chen, beispielsweise Wassertropfen zum Anfeuchten des Gases umfassen . Die mindestens eine erste Gas zuführung kann den ersten Gasstrom auf geeignete Weise dem Kathodengasraum zuführen, beispielsweise direkt auf die Kathode , und/oder entlang der Kathode , im Gegenstrom oder in Strömungsrichtung zur Fließrichtung des Extraktionsmediums im Extraktionsraum, beispielsweise im Gegenstrom, um eine verbesserte Anreicherung des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und/oder ggf . das erste Produkt zu erzielen .

Zudem kann auch mindestens eine erste Gasabführung vorgesehen sein, welche mit dem Kathodengasraum in Verbindung ist und dazu ausgebildet ist , ggf . mindestens ein erstes gas förmiges Produkt der Reaktion an der Kathode und/oder nicht umgesetztes Edukt und/oder weitere Bestandteile des ersten Gasstroms abzuführen .

Weiterhin ist auch die erste lonenaustauschermembran nicht beschränkt , sofern sie einen Anionenaustauscher enthält und an den Kathodenraum angrenzt , wobei die Kathode die erste lonenaustauschermembran kontaktiert . Die erste lonenaustauschermembran liegt zwischen der Kathode , z . B . in Form einer Gasdi f fusionselektrode , und dem Extraktionsraum bzw . dem darin befindlichen Feststof f elektrolyten .

Insbesondere kann die erste lonenaustauschermembran eine Anionenaustauschermembran bzw . eine Anionen leitende Membran (AEM) sein . Die erste lonenaustauschermembran fungiert als Säureblocker und ermöglicht es , ggf . gebildete Säuren im Ex- traktionsmedium auf zukonzentrieren, ohne dass der pH-Wert bzw . die H ⁺ Aktivität des flüssigen Extraktionsmediums so weit absinkt , dass nur noch Wasserstof f produziert wird . Insbesondere ist die erste lonenaustauschermembran im Wesentlichen nicht durch das Extraktionsmedium löslich, weist also beispielsweise eine Löslichkeit von weniger als 0 , 1 mol des Materials der lonenaustauschermembran pro Liter Extraktionsmedium, weiter bevorzugt von weniger als 0 , 01 mol/L, noch weiter bevorzugt weniger als 0 , 001 mol/L, auf , und ist insbesondere im Extraktionsmedium unlöslich . Hierzu kann die erste lonenaustauschermembran auch geeignet auf das Extraktionsmedium eingestellt werden . Die erste lonenaustauschermembran ist insbesondere Polymer-basiert , also umfasst insbesondere ein Polymer, und ist insbesondere quervernetzt . Die erste lo- nenaustauschermembram ist insbesondere auf Polymerharz , beispielsweise aromatischem Polymerharz und/oder (Meth) Acrylbasiertem Polymerharz , basiert . Die Anionen tauschenden Gruppen bzw . der Anionenaustauscher in der ersten lonenaustauschermembran ist nicht besonders beschränkt . Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist die erste lonenaustauschermembran eine Anionenaustauschermembran, bevorzugt basierend auf Polymerharz , bevorzugt aromatischem Polymerharz . Beispiele für eine geeignete erste lonenaustauschermembran sind Sustainion®- Membranen von Dioxide Materials , Aemion+™-Membranen von Ionomer Innovations , und PiperlON-Membranen von Versogen .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen weist die erste lonenaustauschermembran eine Leitfähigkeit von 20 mS/cm oder mehr, bevorzugt 50 mS/cm oder mehr, weiter bevorzugt 100 mS oder mehr, und/oder 300 mS/cm oder weniger, bevorzugt 200 mS/cm oder weniger, auf .

Durch die Nutzung der ersten lonenaustauschermembran kann ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet werden, es kommt zu keiner Neutralisation des Elektrolyten, was eine dominante Wasserstof fbildung an der Kathode zur Folge hätte . Im Grenzfall können gebildete organische Säuren wie Ameisensäure und/oder Essigsäure in hoher Konzentration, z.B. 50 - 100 Gew.%, angereichert werden.

Darüber hinaus ist der Anodenraum umfassend eine Anode nicht besonders beschränkt. Der Anodenraum kann die Anode umgeben oder auf einer Seite der Anode anliegen. Im Anodenraum kann ein Anolyt vorliegen, und/oder ein Edukt für die Anodenreaktion kann dem Anodenraum zugeführt werden. So an der Anode Wasser umgesetzt wird, kann dieses ggf. auch über das Extraktionsmedium zugeführt werden, oder auch nicht.

Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst die Anode einen Oxidationskatalysator, der beispielsweise direkt auf eine einen Separator, z.B. eine Membran, aufgebracht ist. Hierbei kann die Anode beispielsweise als beschichtete Membran (CCM, catalyst coated membrane) , als Elektrodenverbund (MEA, membrane electrode assembly) , oder als durch eine mit Katalysator beschichtete Kontaktstruktur (z.B. Vlies-artige Strukturen aus z.B. Kohlenstoff oder Titan) , die direkt auf die Membran aufgepresst wird, ausgebildet sein. Auch ist eine GDE als Anode denkbar

Die Anodenreaktion ist nicht besonders beschränkt. Als geeignete Anodenreaktion bieten sich hier z.B. eine Wasseroxidation an. Als Medium für den Anodenraum kommen beispielsweise Säure, z.B. H2SO4, oder auch Wasser und/oder Gas in Frage.

Auch ein Oxidationskatalysator an und/oder in der Anode ist nicht besonders beschränkt. Der Oxidationskatalysator der Anode kann beispielsweise aus der Liste der Elemente Ir, Pt, Ni, Ru, Pd, Au, Co, Fe, Mn, W, Verbindungen und Legierungen dieser, insbesondere IrRu, Ptlr, Ni, NiF, sowie Verbindungen dieser mit weiteren Elementen, insbesondere Ba, Cs, P, K, Na, 0, sowie Stahl und weiteren geeigneten Oxidationskatalysatoren gewählt werden. Die Auswahl des Katalysators wird insbesondere durch den pH an der Anode bestimmt. Für einen Anodenraum gibt es keine Beschränkungen . Beispielsweise kann der Anodenraum über keinen flüssigen Elektrolyten verfügen, also als Anodengasraum ausgestaltet sein, oder der Anodenraum kann einen Anolyt umfassen, wobei sich dann ggf . auf einer anderen Seite der Anode ein Anodengasraum anschließt , oder der Anodenraum kann ein flüssiges Edukt umfassen, etc . So ein Anodengasraum vorhanden ist , kann er mindestens eine zweite Zuführung für einen Anodeneduktstrom umfassend Anodenedukt , z . B . Wasser, und ggf . weitere Bestandteile ( z . B . für eine verbesserte Anodenreaktion) und ggf . mindestens eine zweite Abführung für Anodenprodukt und/oder nicht umgesetztes Anodenedukt und/oder weitere Bestandteile des Anodeneduktstroms aufweisen, so erforderlich . Der Anodengasraum kann beispielsweise mit einem Anodeneduktgas , und/oder mit einem Spülgas versorgt werden . So ein Anolyt vorhanden ist , können entsprechend auch mindestens eine entsprechende Elektrolyt Zuführung und mindestens eine entsprechende Elektrolytabführung vorhanden sein . Ein Anolyt kann hierbei im Kreis gefahren werden . Hierzu kann ein Anolyt umgepumpt werden, beispielsweise über eine geeignete Pumpe oder ähnliches .

Für den ggf . vorhandenen Anolyt , das Extraktionsmedium, ggf . auch Spülgas , etc . können entsprechende Reservoirs vorgesehen werden, um Schwankungen in der Versorgung zu verhindern .

Der Extraktionsraum, der zwischen der ersten lonenaustau- schermembran und dem Anodenraum angeordnet ist , umfasst einen porösen, ionisch leitenden Feststof f elektrolyten, der die erste lonenaustauschermembran zumindest teilweise kontaktiert . Der Feststof f elektrolyt dient hierbei der elektronischen Anbindung zwischen Kathodenraum und Anodenraum, übernimmt also die Rolle , die üblicherweise von flüssigen Elektrolyten in Elektrolytspalten übernommen wird . Darüber hinaus ist der Extraktionsraum nicht besonders beschränkt .

Der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt ist abgesehen von seiner Anordnung im Extraktionsraum mit zumindest teilweiser Kontaktierung der ersten lonenaustauschermembran und der Anode und/oder ggf. einem Separator auf Anodenseite, welcher nachfolgend beschrieben wird, nicht besonders beschränkt. Insbesondere ist die Porosität des Feststoff elekt- rolyt nicht besonders beschränkt, sofern ein Extraktionsmedium durch den Feststoff elektrolyten geleitet werden kann bzw. durchfließen kann.

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist der Feststoff elektro- lyt hydratisiert. Durch den Feststoff elektrolyten kann eine Abtrennung des Abführens von Elektrolyseprodukten im Extraktionsraum von der ionischen Leitfähigkeit zwischen Kathode und Anode erfolgen.

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist der Feststoff elektro- lyt im Wesentlichen nicht durch das Extraktionsmedium, z.B. einen Alkohol, Ether, etc., löslich, weist also beispielsweise eine Löslichkeit von weniger als 0,1 mol des Materials des Feststoff elektrolyten pro Liter Extraktionsmedium, weiter bevorzugt von weniger als 0,01 mol/L, noch weiter bevorzugt weniger als 0,001 mol/L, auf, und ist insbesondere im Extraktionsmedium unlöslich. Hierzu kann der Feststoff elektrolyt auch geeignet auf das Extraktionsmedium eingestellt werden. Der Feststoff elektrolyt ist insbesondere Polymer-basiert , also umfasst insbesondere ein Polymer, und kann auch quervernetzt sein. Der Feststoff elektrolyt ist insbesondere auf Polymerharz, beispielsweise aromatischem Polymerharz und/oder

(Meth) Acryl-basiertem Harz, beispielsweise Acrylharz und/oder Styrolharz, insbesondere quervernetztem Styrolharz, basiert.

Der poröse Feststoff elektrolyt kann dabei anionenleitend, kationenleitend oder auch beides sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist der poröse, ionisch leitende Feststoffelektrolyt eine Leitfähigkeit von 20 mS/cm oder mehr, bevorzugt 50 mS/cm oder mehr, weiter bevorzugt 100 mS oder mehr, und/oder 300 mS/cm oder weniger, bevorzugt 200 mS/cm oder weniger, auf, um ohmsche Verluste so gering wie möglich zu halten . Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt ein Kationenaustauscherharz , ein Anionenaustauscherharz , und/oder ein Harz mit Kationen austauschenden und Anionen austauschenden Gruppen ist . Die Kationen austauschenden und die Anionen austauschenden Gruppen sind im Feststof f elektrolyt nicht besonders beschränkt .

Beispiele für einen geeigneten Feststof f eletrolyten sind verschiedene Amberlite® wie IRN150 ( anionen- und kationenleitend) , IRA 120 H ⁺ ( kationenleitend) und Dowex® 50WX2 ( kationenleitend) . Der Aufbau mit Feststof f elektrolyt im Extraktionsraum ermöglicht die Nutzung eines Extraktionsmediums , welches nicht ionisch leitfähig sein muss .

Durch die Nutzung des ionenleitenden porösen Feststof f elekt- rolyts ist es möglich, lonenleit f ähigkeit und Extraktion zu entkoppeln . Dadurch wird es möglich nicht nur wässrige Elektrolyten ( z . B . KHCO3 ) oder Wasser zur Extraktion zu verwenden, sondern mit Wasser mischbare Flüssigkeiten ( z . B . Alkohole wie Ethanol ) oder auch mit Wasser nicht-mischbare Medien wie Polyether . Dabei kann die Auswahl eines Extraktionsmediums bzw . einer Mischung verschiedener Extraktionsmedien durch die Siedepunkte der Produkte definiert sein, um eine ef fektive Extraktion und Abtrennung der Produkte nach Akkumulation zu gewährleisten .

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste lonenaus- tauschermembran derart gestaltet , dass das mindestens eine erste Kathodenprodukt zumindest teilweise in den angrenzenden Extraktionsraum durchgelassen werden kann und/oder in den Extraktionsraum gefördert werden kann . So können beispielsweise flüssige Kathodenprodukte , also mindestens das erste Kathodenprodukt , durch die lonenaustauschermembran durchgeführt werden . Daneben können aber auch an der Kathode entstehende Anionen wie HCO3-, CH3CO2- und/oder HCCh- durch die erste lonenaustauschermembran hindurch gefördert werden . Diese Anionen können dann mit Protonen, welche bei der Anodenreaktion entstehen können, abreagieren und ein oder mehrere erste Pro- dukte bilden. Das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf. das mindestens eine erste Produkt können dann im Extraktionsraum extrahiert werden, also im Extraktionsmedium gelöst und/oder anderweitig auf genommen werden.

Im Extraktionsraum ist ein Extraktionsmedium eingebracht, wobei das Extraktionsmedium Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew.%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.%, weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew.%, bezogen auf das Extraktionsmedium und mindestens ein organisches Lösungsmittel umfasst, wobei das Extraktionsmedium dazu ausgebildet ist, das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf. mindestens ein erstes Produkt, welches aus dem ersten Kathodenprodukt durch Reaktion entsteht, zumindest teilweise zu extrahieren. Das Extraktionsmedium sollte gemäß bestimmten Aus führungs formen einen Wassergehalt zwischen einschließlich 0 und 50 Gew.% haben, bevorzugt sollte der Wassergehalt zwischen einschließlich 0 - 30 Gew.%, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0 und 10 Gew.% liegen. Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst das Extraktionsmedium im Wesentlichen kein Wasser, also beispielsweise weniger als 5 Gew.%, weniger als 4 Gew.%, weniger als 3 Gew.%, weniger als 2 Gew.%, oder weniger als 1 Gew.%, bezogen auf das Extraktionsmedium, oder umfasst sogar kein Wasser, ggf. abgesehen von Verunreinigungen von Wasser im mindestens einen organischen Lösungsmittel. Gemäß bestimmten Aus führungs formen kann das Extraktionsmedium Wasser umfassen, beispielsweise auch als Edukt für die Anode. Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht das Extraktionsmedium aus Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew.%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.%, weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew.%, bezogen auf das Extraktionsmedium und mindestens einem organischen Lösungsmittel, es sind also keine weiteren Bestandteile umfasst, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen. Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst das Extraktionsmedium kein Leitsalz, oder sogar kein Salz, im Gegensatz zu üblichen Elektrolyten. Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst das Extraktionsmedium keine organischen Kationen und/oder keine Metallkationen. Eine Notwendigkeit für ein Leitsalz entfällt aufgrund der Anwesenheit des Feststoff elektrolyten . Gemäß bestimmten Aus führungs formen weist das Extraktionsmedium eine Leitfähigkeit von 50 mS/cm oder weniger, bevorzugt 20 mS/cm oder weniger, weiter bevorzugt 10 mS/cm oder weniger, noch weiter bevorzugt 5 mS/cm oder weniger auf.

Das mindestens eine organische Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt. Das mindestens eine organische Lösungsmittel kann hierbei an ein zu extrahierendes Produkt angepasst sein und auch als Mischung von zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln vorliegen. Beispielsweise ist das organische Lösungsmittel ausgewählt aus Alkoholen mit 1 bis 20 C-Atomen, Estern, z.B. Carbonsäureestern, mit 2 bis 20 C-Atomen, Ethern mit 2 bis 20 C-Atomen, Polyethern mit 3 bis 20 C-Atomen, und/oder aliphatischen Lösungsmittel mit 5 bis 20 C-Atomen, bevorzugt aus Alkoholen mit 1 bis 20 C-Atomen, Estern, z.B. Carbonsäureestern, mit 2 bis 20 C-Atomen, Ethern mit 2 bis 20 C-Atomen, und/oder Polyethern mit 3 bis 20 C-Atomen. Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist das organische Lösungsmittel ausgewählt aus Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Estern mit 2 bis 15 C-Atomen, und/oder Ethern und/oder Polyethern mit 2 bis 15 C-Atomen.

Die organischen Lösungsmittel können unterschieden werden in solche, welche mit Wasser mischbar sind, z.B. Alkohole CH3- (CH ₂ ) _n -OH, n = 0-15 oder Ester, z.B. Carbonsäuresester, und solche, welche mit Wasser kaum oder bevorzugt nicht mischbar sind, z.B. Ether, z.B. Diethylether (Löslichkeit: 29 g/L Wasser) oder Di-n-propylether (Löslichkeit: 3,8g/L Wasser) , jedoch sind bevorzugt Polyether, z.B. der folgenden Formel CH3- (O-CH2-CH2) _n -CH ₂ -OH, n=l-15

Für Ethanol als Produkt der Elektrolyse wären beispielsweise als Bestandteil des Extraktionsmediums bzw. als Extraktionsmedium Polyether bevorzugt, die einen Siedepunkt haben, der höher liegt als der von Ethanol (Siedepunkt = 78 Grad) , also > 80 Grad. Besonders bevorzugt wären jedoch Polyether mit einem Siedepunkt > 120 Grad. Für n-Propanol (Siedepunkt = 97 Grad) als Produkt der Elektrolyse wären beispielsweise als Bestandteil des Extraktionsmediums bzw . als Extraktionsmedium Polyether mit einem Siedepunkt > 100 Grad bevorzugt , besonders bevorzugt sollte der Siedepunkt > 140 Grad sein . Speziell für Essigsäure ( Siedepunkt = 118 Grad) als Produkt der Elektrolyse wären beispielsweise als Bestandteil des Extraktionsmediums bzw . als Extraktionsmedium Polyether mit einem Siedepunkt > 120 Grad, j edoch besonders bevorzugt mit einem Siedepunkt > 160 Grad vorteilhaft . Entsprechend kann das organische Lösungsmittel im Extraktionsmedium an ein zu extrahierendes Produkt angepasst werden .

Die mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , dem Extraktionsraum das Extraktionsmedium zuzuführen, und die mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium, die dazu ausgebildet ist , das Extraktionsmedium umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt abzuführen, sind nicht besonders beschränkt , und können in Form geeigneter Leitungen, Rohre , etc . , ausgebildet sein, wobei diese an das Extraktionsmedium angepasst werden, beispielsweise hinsichtlich des Materials davon .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter einen ersten Separator, welcher zwischen dem Anodenraum und dem Extraktionsraum angeordnet ist , wobei der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt den ersten Separator zumindest teilweise kontaktiert . Der Separator kann hier den Extraktionsraum von der Anode oder Anodenhalbzelle trennen . Im Allgemeinen sind hier ionenleitende Membranen und/oder poröse Diaphragmen geeignet . Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist der Separator eine Kationenaustauschermembran . Bei einer Kationenleitfähigkeit des Separators werden Kationen von der Anode in den Extraktionsraum transportiert , welche mit Anionen aus der CC^-Umset zung reagieren können, z . B . zu Ameisensäure und/oder Essigsäure . Da an der Anode in der Regel Kationen gebildet werden ( oft H ⁺ , z . B . bei der Sauerstof f entwicklung im sauren/neutralen Medium) , kann sich hierdurch ein stabiles System ausbilden . Gemäß bestimmten Aus führungs formen werden an der Anode H ⁺ produziert , beispielsweise bei einer Wasseroxidation . Bevorzugt ist hierbei dann ein Separator eine kationleitende Membran . Durch die Anionenleitfähigkeit der ersten Ionenaustauschermembran können zudem Anionen vom Katholytraum in Richtung der Anode gelangen . An der Kathode entstehen als Nebenprodukt aus der CCh-Reduktionsreaktion beispielsweise Hydrogencarbonate und/oder Carbonate (HCO3- und/oder CO3 ² - ) , welche mit Protonen aus der Anodenreaktion ausgeglichen werden können . Daher sind kationenselektive Membranen als Separator besonders bevorzugt . Beispiele hier sind z . B . Polymere und Copolymere auf Basis der Perfluorsul fonsäure , kommerziell erhältlich z . B . als Nafion® der Firma DuPont und Fumion® der Firma Fumatec .

Figur 2 zeigt schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung . Über eine erste Gas zuführung la kann dem Katho- dengasraum 1 ein erster Gasstrom umfassend CO2 und/oder CO zugeführt werden . CO2 und/oder CO können dann an der Kathode K umgesetzt werden, welche an die erste lonenaustauschermemb- ran 2 angrenzt und diese hier kontaktiert . Der Kathodengas- raum 1 und die Kathode K bilden hierbei den Kathodenraum . Durch die lonenaustauschermembran 2 kann mindestens ein erstes Kathodenprodukt in den Extraktionsraum 3 hindurchgelassen werden und/oder sogar hindurch gefördert werden . Zum Extraktionsraum 3 , welcher ein Extraktionsmedium enthält , wird das Extraktionsmedium über die erste Zuführung für das Extraktionsmedium 3a zugeführt und aus diesem über die erste Abführung für das Extraktionsmedium 3b abgeführt . Der Extraktionsraum 3 umfasst hierbei einen porösen, ionisch leitenden Feststof f elektrolyten (nicht dargestellt ) . An den Extraktionsraum 3 grenzt hier ein Separator 4 , beispielsweise eine Kationenaustauschermembran, danach anschließend die Anode A und ein beispielhafter Anodengasraum 5 , welcher mit der Anode A hier den Anodenraum bildet . Figur 3 zeigt für diese beispielhafte Vorrichtung einen beispielhaften kathodenseitigen Zellaufbau mit einer beispielhaften Anionenaustauschermembran AEM bzw . Anionen-leitenden Membran AEM als erste Membran, die zwischen einer Kupfer-GDE als beispielhafte Kathode K und dem Extraktionsraum mit dem Feststof f elektrolyten 6 eingebaut ist . Die Kathodenreaktion entspricht in Figur 3 der der Figur 1 . Über die AEM werden beispielhafte flüssige Produkte sowie Anionen zum Extraktionsraum bzw . Extraktionsspalt geleitet . Im Extraktionsraum wird die ionische Leitfähigkeit durch den porösen Feststoffelektrolyten 6 sichergestellt , währenddessen die Extraktion der Produkte über ein geeignetes Extraktionsmedium E sichergestellt ist . Nach Durchlaufen des Extraktionsraums wird eine Mischung M3 mit Extraktionsmedium umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt erhalten .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen werden das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt vor einer Abtrennung im Extraktionsmedium aufkonzentriert . Die Auf konzentrierung ist nicht besonders beschränkt , und kann beispielsweise ein mehrmaliges Rezyklieren des Extraktionsmedium, aber auch Einbringen in Vorrichtungen zum Auf konzentrieren, beispielsweise durch selektive Abtrennung von Extraktionsmedium, umfassen, um die Abtrennung möglichst ef fi zient zu gestalten . Dabei liegt der Akkumulationsgrad bevorzugt zwischen 0 - 100% , weiter bevorzugt zwischen 20- 60% , j edoch besonders bevorzugt zwischen 60 - 100% . Durch die geeignete Wahl des Extraktionsmediums und des Akkumulationsgrads des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und/oder ggf . des mindestens einen ersten Produkts kann eine ef fektive Abtrennung aus dem Extraktionsmedium garantiert werden, ohne dass die ionische Leitfähigkeit leidet .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen sind die mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium und die mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium derart verbunden, dass das Extraktionsmedium zirkuliert werden kann . Die Verbindung ist hierbei nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise auch mindestens eine Pumpe umfassen, um das Extraktionsmedium zu zirkulieren .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Entnahmevorrichtung für das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt . Die Entnahmevorrichtung ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise eine Vorrichtung umfassen, in der das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt aufgrund eines Unterschieds in der Verdampfungstemperatur vom Extraktionsmedium getrennt wird, also beispielsweise durch eine Abdampfvorrich- tung, ggf . unter vermindertem Druck . Auch andere Trennvorrichtungen wie beispielsweise Kolonnen, etc . , sind j edoch ebenfalls möglich .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Elektrolyse von CO2 und/oder CO, insbesondere von CO2 , in einer Elektrolysezelle umfassend einen Kathodenraum umfassend einen Kathodengasraum und eine Kathode , wobei die Kathode bevorzugt als Gasdi f fusionselektrode ausgebildet ist , eine erste lonenaustauschermembran, welche einen Anionenaustauscher enthält , und welche an den Kathodenraum angrenzt , wobei die Kathode die erste lonenaustauschermembran kontaktiert , einen Anodenraum umfassend eine Anode , einen Extraktionsraum, der zwischen der ersten lonenaustauschermembran und dem Anodenraum angeordnet ist , wobei der Extraktionsraum einen porösen, ionisch leitenden Feststoffelektrolyten umfasst , der die erste lonenaustauschermembran zumindest teilweise kontaktiert und wobei in den Extraktionsraum ein Extraktionsmedium eingebracht ist , wobei das Extraktionsmedium Wasser in einer Menge von 0 bis 50 Gew . % , bevorzugt 0 bis 30 Gew . % , weiter bevorzugt 0 bis 10 Gew . % , und mindestens ein organisches Lösungsmittel umfasst , das Verfahren umfassend : - Zuführen des Extraktionsmediums über mindestens eine erste Zuführung in den Extraktionsraum;

- Einbringen eines ersten Gasstroms umfassend CO2 und/oder

CO, insbesondere CO2 , in den Kathodengasraum derart , dass das CO2 und/oder CO, insbesondere CO2 , mit der Kathode in Kontakt kommt ;

- Umsetzen von CO2 und/oder CO, insbesondere von CO2 , an der Kathode zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt ;

Durchlässen oder Überführen des mindestens einen ersten Ka- thodenprodukts zum Extraktionsraum;

- ggf . Umsetzen des mindestens einen ersten Kathodenprodukts zu mindestens einem ersten Produkt im Extraktionsraum;

- zumindest teilweise Extrahieren des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und/oder ggf . des mindestens einen ersten Produkts in das Extraktionsmedium; und

- Abführen des Extraktionsmediums umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt aus dem Extraktionsraum über mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden . Entsprechend sind spezielle Aus führungs formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, sowie vice versa .

Obgleich im erfindungsgemäßen Verfahren die verschiedenen Schritte in einer bestimmten Reihenfolge definiert sind, ist nicht ausgeschlossen, dass mehrere oder auch alle Schritte parallel stattfinden .

Ausgestaltungen zum Verfahren, welche sich auf eine Elektrolysevorrichtung beziehen, betref fen hier entsprechend insbesondere Ausgestaltungen, welche bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden, sodass hiermit auch auf diese Bezug genommen wird . Insbesondere können der Anodenraum, die Anode , der Kathodenraum, der Ka- thodengasraum, die Kathode , der Extraktionsraum und der Feststof f elektrolyt , die erste lonenaustauschermembran, der ggf . vorhandene Separator, die mindestens eine erste Gas zuführung, die mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium, die mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium, das Extraktionsmedium selbst , sowie ggf . weitere Bestandteile der Vorrichtung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren separat oder in beliebiger Kombination davon, denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen .

Im Verfahren ist der Schritt des Zuführens des Extraktionsmediums über mindestens eine erste Zuführung in den Extraktionsraum nicht besonders beschränkt , und das Extraktionsmedium kann beispielsweise eingepumpt , bzw . gemäß bestimmten Aus führungs formen auch in einem Kreislauf umgewäl zt , d . h . zykliert werden .

Auch das Einbringen eines ersten Gasstroms umfassend CO2 und/oder CO in den Kathodengasraum derart , dass das CO2 und/oder CO mit der Kathode in Kontakt kommt , ist nicht besonders beschränkt , und kann beispielsweise durch direktes Strömen auf die Kathode , und/oder durch Vorbeiströmen an der Kathode in Richtung der Fließrichtung des Extraktionsmediums im Extraktionsraum oder im Gegenstrom dazu erfolgen . Der erste Gasstrom kann beispielsweise entsprechend eingebracht , z . B . eingeblasen, werden .

Das Umsetzen von CO2 und/oder CO, insbesondere von CO2 , an der Kathode zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt ist nicht besonders beschränkt , wobei die Umsetzung vom Kathoden- aufbau und insbesondere auch vom Katalysator der Kathode abhängen kann, wie oben dargelegt bzw . bekannt .

Auch das Durchlässen oder Überführen des mindestens einen ersten Kathodenprodukts zum Extraktionsraum ist nicht besonders beschränkt , wie oben angedeutet . Während beispielsweise Anionen als Produkt der Elektrolyse durch die erste lonenaustauschermembran gefördert werden können, können beispielswei- se neutrale , insbesondere flüssige , Produkte der Elektrolyse auch durch die erste lonenaustauschermembran durchgelassen werden .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen können zumindest Teile des mindestens einen ersten Kathodenprodukts , z . B . Anionen, im Extraktionsraum zu einem ersten Produkt , beispielsweise nach Reagieren mit Protonen zu einem ungeladenen Produkt wie Ameisensäure oder Essigsäure , umgesetzt werden, wobei dies j edoch nicht für alle ersten Kathodenprodukte erfolgen muss , und beide Vorgänge ( Durchlässen und Umsetzen von Kathodenproduk- ten) können auch parallel stattfinden .

Das mindestens eine erste Kathodenprodukt , oder auch mehrere davon, und/oder ggf . auch das mindestens eine erste Produkt , oder auch mehrere davon, auf diese Weise gebildet , können dann zumindest teilweise oder auch vollständig im Extraktionsmedium extrahiert werden, wobei dies , wie oben beschrieben, vom Extraktionsmedium abhängen kann .

Das Abführen des Extraktionsmediums umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt aus dem Extraktionsraum über mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium ist nicht besonders beschränkt .

In Figuren 4 und 5 sind beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren schematisch gezeigt .

In Fig . 4 erfolgt nach dem Zuführen des Extraktionsmediums 11 (bzw . auch parallel dazu) über mindestens eine erste Zuführung in den Extraktionsraum das Einbringen eines ersten Gasstroms umfassend CO2 und/oder CO in den Kathodengasraum 12 derart , dass das CO2 und/oder CO mit der Kathode in Kontakt kommt . Im Anschluss erfolgt das Umsetzen von CO2 und/oder CO an der Kathode zu mindestens einem ersten Kathodenprodukt 13 , das Durchlässen oder Überführen des mindestens einen ersten Kathodenprodukts zum Extraktionsraum 14 , das zumindest teil- weise Extrahieren des mindestens einen ersten Kathodenpro- dukts in das Extraktionsmedium 15 , und das Abführen des Extraktionsmediums umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt aus dem Extraktionsraum über mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium 16 .

In Figur 5 entsprechen die Schritte 11 bis 14 denen der Figur 4 . Danach erfolgt im Verfahren gemäß Figur 5 ein Umsetzen des mindestens einen ersten Kathodenprodukts zu mindestens einem ersten Produkt im Extraktionsraum 17 , ein zumindest teilweises Extrahieren des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und des mindestens einen ersten Produkts in das Extraktionsmedium 15a und ein Abführen des Extraktionsmediums umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und das mindestens eine erste Produkt aus dem Extraktionsraum über mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium 16a . Nicht gezeigt , aber auch möglich, ist darüber hinaus , dass auch nur das mindestens eine erste Produkt extrahiert und abgeführt wird, beispielsweise wenn das gesamte mindestens eine erste Kathodenprodukt zu mindestens einem ersten Produkt umgesetzt wird .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist zwischen dem Anodenraum und dem Extraktionsraum ein erster Separator angeordnet , wobei der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt den ersten Separator zumindest teilweise kontaktiert . Entsprechend können dann hier beispielsweise Protonen, welche an der Anode entstehen, über den ersten Separator, beispielsweise eine CEM, in den Extraktionsraum geführt werden, was j edoch auch ohne Separator möglich ist , beispielsweise wenn die Anode auch die Separatorfunktion übernimmt , wobei dann der Feststof f elektrolyt die Anode zumindest teilweise direkt kontaktiert .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen weist die erste lonenaus- tauschermembran eine Leitfähigkeit von 20 mS/cm oder mehr, bevorzugt 50 mS/cm oder mehr, weiter bevorzugt 100 mS oder mehr, und/oder 300 mS/cm oder weniger, bevorzugt 200 mS/cm oder weniger, auf . Gemäß bestimmten Aus führungs formen weist der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt eine Leitfähigkeit von 20 mS/cm oder mehr, bevorzugt 50 mS/cm oder mehr, weiter bevorzugt 100 mS oder mehr, und/oder 300 mS/cm oder weniger, bevorzugt 200 mS/cm oder weniger, auf .

Das mindestens eine organische Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt . Das mindestens eine organische Lösungsmittel kann hierbei an ein zu extrahierendes Produkt angepasst sein und auch als Mischung von zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln vorliegen . Beispielsweise ist das organische Lösungsmittel ausgewählt aus Alkoholen mit 1 bis 20 C-Atomen, Estern, z . B . Carbonsäureestern, mit 2 bis 20 C-Atomen, Ethern mit 2 bis 20 C-Atomen, Polyethern mit 3 bis 20 C-Atomen, und/oder aliphatischen Lösungsmittel mit 5 bis 20 C-Atomen, bevorzugt aus Alkoholen mit 1 bis 20 C-Atomen, Estern, z . B . Carbonsäureestern, mit 2 bis 20 C-Atomen, Ethern mit 2 bis 20 C-Atomen, und/oder Polyethern mit 3 bis 20 C-Atomen . Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist das organische Lösungsmittel ausgewählt aus Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Estern mit 1 bis 15 C-Atomen, und/oder Ethern und/oder Polyethern mit 2 bis 15 C-Atomen .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen ist der poröse , ionisch leitende Feststof f elektrolyt ein Kationenaustauscherharz , ein Anionenaustauscherharz , und/oder ein Harz mit Kationen austauschenden und Anionen austauschenden Gruppen .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen sind die mindestens eine erste Zuführung für das Extraktionsmedium und die mindestens eine erste Abführung für das Extraktionsmedium derart verbunden, dass das Extraktionsmedium zirkuliert werden kann, wobei das Extraktionsmedium im Verfahren zirkuliert wird . Hierdurch kann eine Anreicherung des mindestens einen ersten Kathoden- produkts und/oder ggf . des mindestens eine ersten Produkts im Extraktionsmedium erzielt werden . Gemäß bestimmten Aus führungs formen wird das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt über eine Entnahmevorrichtung zumindest teilweise entnommen . Die Entnahme ist hierbei nicht besonders beschränkt .

Gemäß bestimmten Aus führungs formen wird das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt im Extraktionsmedium auf konzentriert . Die Aufkonzent- rierung ist nicht besonders beschränkt , und kann beispielsweise ein mehrmaliges Rezyklieren des Extraktionsmedium, aber auch Einbringen in Vorrichtungen zum Auf konzentrieren, beispielsweise durch selektive Abtrennung von Extraktionsmedium, umfassen, um die Abtrennung möglichst ef fi zient zu gestalten . Dabei liegt der Akkumulationsgrad bevorzugt zwischen 0 - 100% , weiter bevorzugt zwischen 20- 60% , j edoch besonders bevorzugt zwischen 60 - 100% . Durch die geeignete Wahl des Extraktionsmediums und des Akkumulationsgrads des mindestens einen ersten Kathodenprodukts und/oder ggf . des mindestens einen ersten Produkts kann eine ef fektive Abtrennung aus dem Extraktionsmedium garantiert werden, ohne dass die ionische Leitfähigkeit leidet .

Die obigen Aus führungs formen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll , beliebig miteinander kombinieren . Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht expli zit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Aus führungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung . Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der j eweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen .

Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert . Die Erfindung ist j edoch nicht auf diese Beispiele beschränkt .

Beispiele

Ein beispielhafter Aufbau für eine CCh-Elektrolyse in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in Figur 6 gezeigt , bei dem die vorteilhafte Kombination von Kathode , erster Io- nenaustauschermembran und Feststof f elektrolyt verwendet werden kann .

Im Beispiel wird CO2 zum Kathodengasraum 1 geführt , und gasförmige Produkte G wie CO, C2H4 , CH4 , etc . , die an der Kathode K, hier einer Cu-haltigen GDE , entstehen, werden aus dem Kathodengasraum 1 abgeführt . Flüssige Produkte der Kathodenre- duktion und/oder Anionen werden über die AEM als erste lonen- austauschermembran in den Extraktionsraum 3 gepumpt , in dem ein poröser Feststof f elektrolyt 6 vorhanden ist . Der Feststof f elektrolyt 6 ist hierbei in Kontakt mit sowohl der AEM wie auch einer Kationenaustauschermembran CEM als Separator auf der Anodenseite . Die CEM liegt an der Anode A an, an die ein Anodengasraum 5 angrenzt , wobei an der Anode A hier beispielsweise Wasser oxidiert wird . Hierzu kann ein Anolyt An zugeführt werden . Der Aufbau der Anodenseite ist hier nicht eingeschränkt . Beispielhaft ist hier eine 1 /2-Membran- Elektroden-Anordnung (MEA, membrane electrode assembly) dargestellt . Auch ein Zero-Gap Aufbau ist denkbar, etc . Die gestrichelte Linie zeigt eine mögliche Führung des Anolyten .

Anodenseitig kann das beispielhaft notwendige H2O für die statt findende Sauerstof f erzeugung ( OER, Oxygen-Evolution- Reaction) j edoch mit verschiedenen Optionen bereitgestellt werden : Zum einen, wie in Figur 6 gezeigt , kann das Wasser über die Anodenseite zugegeben werden . Dafür ist gemäß Figur 6 ein zweites Elektrolytsystem vorgesehen ( siehe gestricheltes System in Figur 6 ) . Der Anolyt ist dabei nicht eingeschränkt und kann j ede beliebige Elektrolytlösung darstellen . Besonders bevorzugt sind j edoch reines Wasser, oder eine Säure , bevorzugt bis zu einer Konzentration von 1 mol/ 1 .

Alternativ kann das Wasser über den Extraktionsraum 3 zugegeben werden, wobei das Wasser dann über die CEM wandern kann . Dadurch ist kein weiteres Elektrolytsystem nötig, das gestricheltes System in Figur 6 kann entfallen . Im Beispiel wird das Extraktionsmedium im Kreis geführt bzw . rezykliert , sodass sich im Reservoir eine Mischung von Extraktionsmedium mit Produkten E ' ansammelt , wobei die Produkte der Elektrolyse auf der Kathodenseite , beispielsweise flüssige Produkte und/oder gelöste Produkte wie Ethanol , aufkonzentriert werden können . Bei genügend hohem Akkumulationsgrad kann das Produkt dann in einem weiteren Schritt abgetrennt werden . Bei ausreichender Auf konzentrierung kann eine Mischung M3 mit Extraktionsmedium E umfassend zumindest teilweise das mindestens eine erste Kathodenprodukt und/oder ggf . das mindestens eine erste Produkt aus dem Reservoir abgezweigt und zu einer Entnahmevorrichtung 7 geleitet werden, in der die Mischung M3 in Produkt P ' und Extraktionsmedium E aufgetrennt wird . Das ggf . verdünnte , rückgewonnene Extraktionsmedium E wird dann wieder dem Reservoir und somit dem Zellsystem zurückgeführt .

Prinzipiell ist der gezeigte beispielhafte Aufbau auch für die Herstellung von CO an der Kathode geeignet . Eine mit 1 Gew . % entstehende Ameisensäure kann dann ef fektiv aus dem Elektrolytkreislauf abgetrennt werden .

Von besonderer Bedeutung für den Aufbau ist die Verwendung eines geeigneten, porösen Feststof f elektrolyten 6 , welcher hier vorteilhaft nicht im Extraktionsmedium E löslich ist . Entsprechend wurde die Stabilität verschiedener Feststof felektrolyten 6 im Extraktionsmedium E in Referenzversuchen zur Eignung verschiedener Ionenaustauscher als Feststoffelektrolyt untersucht .

Hierfür wurden erste Versuche mit Amberlite® IRN150 und IR120H+ in Diethylether als Extraktionsmedium gemacht . Dafür wurden 2 , 5g des j eweiligen ionisch leitfähigen Austauscherharzes mit 7 , 5g Diethylether vermischt . Nach 150 h wurden sowohl beide Ansätze als auch eine Diethylether-Ref erenz mittels ¹ H-NMR vermessen . Falls die Austauscherharze sich in Diethylether zersetzen und/oder in Lösung gehen, müsste dies im Vergleich zur Referenz R in den entsprechenden Spektren deutlich sichtbar sein .

Die Ergebnisse sind in Figuren 7 und 8 gezeigt . Dabei ist die Intensität I auf den stärksten Diethylether-Peak ( etwa bei einer chemischen Verschiebung ö = 1 ppm) normiert . Der Peak bei etwa 4 , 7 ° ppm, kann H2O zugeordnet werden, währenddessen der Peak bei ca . 6 , 5 ° ppm dem internen Standard zugeordnet wird . Alle Peaks unterhalb von 5 = 4 ppm können Diethylether zugeordnet werden . Ansonsten können sowohl beim Gesamtspekt- rum in Figur 7 als auch im vergrößerten Spektrum in Figur 8 ( Zoom xl O O in der Intensität ) keine weiteren H-sensitiven gelösten oder zersetzen H-sensitiven Moleküle , abstammend von den Feststof f elektrolyten, gemessen werden . Durch die Stabilität der untersuchten porösen ionisch leitenden Feststof- felektrolyte kann die Stabilität des Systems gewährleistet werden .

Mit der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitgestellt , bei denen durch die Nutzung eines Feststof felektrolyten die ionische Leitfähigkeit von einem Extraktionsmedium getrennt werden kann, sodass z . B . flüssige und/oder gelöste Produkte im Extraktionsmedium auf konzentriert werden können und nicht ionenleit fähige Medien ganz oder teilweise genutzt werden können, und beispielweise mit Wasser mischbare Lösungsmittel , wie beispielsweise Alkohole mit unterschiedlichen Siedepunkten bzw . mit Wasser nichtmischbare Lösungsmittel wie Ether, Aliphate oder Ester als Extraktionsmedium genutzt werden können . Zudem kann durch die Nutzung einer, insbesondere nicht-extraktionslöslichen, anionenleitenden Membran bzw . Schicht direkt angrenzend an die Kathode , z . B . eine GDE , ein kontinuierlicher Elektrolysebetrieb in der Elektrolyse von CO und/oder CO2 , insbesondere CO2 , ermöglicht werden . Die Gewährleistung eines kontinuierlichen Betriebs der Elektrolyse , wie er durch die Erfindung ermöglichst wird, ist von besonderem Vorteil . Hierdurch ist es möglich CO2 kontinuierlich in großtechnischem Maßstab in Elektrolyseuren elektrochemisch zu reduzieren und damit Wertstoffe in der Chemie her- und bereitzustellen, und gleichzeitig das vorhandene CO2 zu verringern.

Durch die weitgehende oder vollständige Vermeidung von Wasser im Extraktionsmedium, und durch Verwendung organischer Lösungsmittel wie Alkohole, Ester und/oder Ether, usw., können Hauptprodukte (z.B. flüssige Produkte wie Ethanol) von der CCh-Elektrolyse zu Kohlenwasserstoffen (CCh-to-Hydrocarbons ) effektiv extrahiert, akkumuliert und dann auch auf gearbeitet werden .