Aktuelle Projekte (Auszug)

Neuartige bifunktionelle Kern@Schale- und Doppelschichtkatalysatoren für die einstufige DME-Synthese in mikrostrukturierten Reaktoren

Im Kontext der Energiewende ist die Umwandlung von elektrischer erneuerbarer Energie in chemische Energieträger (z.B. kohlenwasserstoffbasierte Treibstoffe) eine vielversprechende Option für die Energiespeicherung durch Kopplung von Energiesektoren über sogenannte Power-to-X Prozesse. Eine Möglichkeit ist hierbei die Umsetzung von Wasserstoff (aus der Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom) mit CO und/oder CO₂ zu Dimethylether (DME) über Methanol als Zwischenprodukt. DME stellt beispielsweise eine exzellente und effektive Alternative zu fossilem Dieselkraftstoff dar. Nachdem erneuerbarer Strom (Photovoltaik, Windkraft) im Vergleich zu Strom aus konventionellen Kraftwerken in kleineren Mengen und räumlich verteilt anfällt, werden auch an die Konvertierungsprozesse entsprechende Anforderungen gestellt: so müssen diese optimaler Weise ebenfalls kleinskalig, dabei aber hocheffizient umsetzbar sein. Im Falle der DME-Synthese ist die thermodynamische Limitierung des Gleichgewichts der vorgelagerten Methanolbildung ein begrenzender Faktor. Um diese Limitierung zu überwinden stellt die einstufige DME-Synthese in mikrostrukturierten Reaktoren ein vielversprechendes Konzept dar. Durch die geeignete Kombination der beiden benötigten Katalysatoren in einem Reaktor – beispielsweise als bifunktionelle Kern@Schale- oder Doppelschichkatalysatoren - lässt sich Methanol aus dem vorgelagerten Gleichgewicht durch die direkte DME-Synthese entziehen, wodurch sich der CO_x-Umsatzgrad und somit auch die Effektivität des Prozesses deutlich erhöhen lässt. Die direkte DME Synthese aus CO/H₂-Mischungen mit unterschiedlichen Katalysatorkonfigurationen wird im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 1570 erforscht. Die direkte Umsetzung von Kohlendioxid/H2-Mischungen mittels rational gestalteter Doppelschichtkatalysatoren in mikrostrukturierten Reaktionskanälen ist Gegenstand der Untersuchungen eines von der Vector Stiftung geförderten Projektes.

Kombinierte Katalysator- und Membranintegration für die effiziente Wasserstofferzeugung

Die Gruppe arbeitet an der Demonstration eines Reaktorsystems für die effiziente Gewinnung von Wasserstoff in kleinskaligen Anwendungen über Methan-Dampfreformierung mit integrierter Wasserstoffabtrennung. Durch den angewendeten modularen Ansatz mit integrierter Membran lässt sich reiner Wasserstoff direkt aus dem Produktgasstrom gewinnen wodurch sich der sowohl der Methanumsatz erhöhen als auch eine aufwändige Wasserstoffaufreinigung vermeiden lässt. In enger Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt sind neben der Weiterentwicklung der Membranintegration umfangreiche Untersuchungen dieses Konzepts unter realitätsnahen Bedingungen und im Dauerbetrieb geplant. Daneben beschäftigt sich ein CSC-Stipendiat innerhalb der Gruppe mit Methoden wie z.B. dem 3D-Druck via SLM zur additiven Fertigung solcher integrierten Reaktorkonzepte.