Katalyse und Prozesse für die CO2-Fixierung

Chemische Prozesse, die über Intermediate wie Synthesegas, Methanol oder DME zu Kraft­stoff und Kraftstoff­komponenten führen, benötigen leistungsfähige, robuste und kostengünstige Katalysatoren. Power-to-Fuels-Konzepte zielen darauf ab, mittels solcher Prozesse die chemische Speicherung von erneuerbaren Energien zu realisieren. Die Dynamik der Stromerzeugung mittels Windkraft (2017: 18,8 % der Gesamtstromerzeugung in D) und Photovoltaik (2017: 7 %) erfordert jedoch, dass solche Konversionen, anders als in den konventionellen stationären Prozessen der chemischen Industrie, bei sehr unterschiedlichen und zum Teil nicht idealen Betriebsbedingungen ablaufen (www.sci.kit.edu/70.php). In gemeinsamen Projekten nutzen die IKFT-Arbeitsgruppen „Katalyse und Prozesse für die CO₂-Fixierung“ und „Katalyse und Prozesse für nachhaltige Kraftstoffe“ eine Prozess- und Anlagentechnik, die in unterschiedlichen Skalen und für verschiedene Durchsatzbereiche ausgelegt ist und entwickeln Katalysatormaterialien für die jeweiligen Prozessschritte. Mittels experimentell bestimmter Reaktionskinetiken und der Entwicklung kinetischer Modelle werden die Prozessschritte optimiert.

Eine Herausforderung ist die Konversion von variablen Mischungen aus CO/CO₂/H₂, besonders hinsichtlich der Aktivierung von CO₂ und hinsichtlich einer mögliche Nutzung von industriellen Teilabgasströmen für die Umsetzung mit Elektrolysewasserstoff. Dafür entwickeln wir geeignete Katalysatoren, die wir in Zusammenarbeit mit anderen Forschergruppen des IKFT im Detail charakterisieren und hinsichtlich ihrer Aktivität bis auf die molekulare Ebene erforschen.