Wasserstoff aus nasser Biomasse: Neue Nano-Katalysatoren sollen die Nachhaltigkeit der Energieproduktion verbessern
Neues EU-Forschungsprojekt SusFuelCat erforscht die Optimierung von Katalysatoren zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger
Die EU hat in ihrer Wachstumsstrategie Europa 2020 die Ziele ausgegeben, die Treibhausgasemissionen um 20 Prozent zu verringern, den Anteil an erneuerbaren Energien auf 20 Prozent zu erhöhen und Energieeinsparungen von 20 Prozent zu erreichen. Wasserstoff eignet sich dafür hervorragend: Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern hat er den Vorteil, dass bei der Verbrennung lediglich Wasserdampf und kein CO2 entsteht. Er kann aus Biomasse wie Zellstoff gewonnen werden und damit aus einer regenerativen Energiequelle. Das Projekt SusFuelCat (Sustainable fuel production by aqueous phase reforming – understanding catalysis and hydrothermal stability of carbon supported noble metals) konzentriert sich auf die Wasserstoff-Herstellung durch den Prozess des katalytischen Reformierens in wässriger Lösung (Aqueous Phase Reforming – APR), ein Verfahren, das aufgrund seiner Energieeffizienz vielversprechend ist. Die Katalysatoren sind dabei die Schlüsselkomponenten. Ihre Optimierung im APR-Prozess soll die Kosten bei der Wasserstoff-Erzeugung weiter verringern, ihre Lebensdauer verlängern und die Wasserstoffproduktivität erhöhen. So steigert SusFuelCat die Nachhaltigkeit des gesamten Verfahrens.
Kohlenstoff aus Karbid: Prof. Etzold vor einer Versuchsanlage.
Georg Pöhlein
Das Vorläuferprodukt eines Katalysators entsteht über die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen durch nasschemische Abscheidung.
Georg Pöhlein
In einem horizontalen Rohrreaktor wird Kohlenstoff aus der Verbindung mit einem anderen Element gelöst (carbide-derived carbon, CDC).
Georg Pöhlein
Vorteile des APR-Prozesses
Den Vorzug gegenüber klassischen Verfahren erhielt der APR-Prozess in SusFuelCat, da die Umwandlung von wässrigen oder wasserlöslichen biogenen Ausgangsstoffen in kaum verunreinigten Wasserstoff bei vergleichbar niedrigen Prozesstemperaturen und mäßigem Druck erfolgt. Weiterhin entfällt das energieintensive Trocknen der Biomasse. Beides trägt zu einer guten Energieeffizienz bei. Zurzeit enthalten die verwendeten Katalysatoren teure Edelmetalle wie etwa Platin und Palladium, welche auf keramischen Trägern fein verteilt sind. Fokus des Projektes ist es, den Anteil der teuren Edelmetalle zu senken oder sie durch unedle Metalle zu ersetzen, ohne die Vorteile des APR-Prozesses einbüßen zu müssen. Als Träger sollen Materialien aus Kohlenstoff, beispielsweise Nanoröhrchen oder Aktivkohlen, zum Einsatz kommen, die eine höhere Langzeitstabilität versprechen und ein umweltfreundliches Recycling der Metalle erleichtern. Die Katalysatoren sollen somit ohne Unterbrechung und Wartung lange einsatzfähig und im Hinblick auf Material und Arbeitskraft ressour-censchonend sein. Die Kombination von Computersimulationen auf molekularer Ebene, neuesten Methoden zur Kontrolle der Katalysatoreigenschaften in der Synthese, Einblick in den Prozess durch neueste Analytik und Langzeit-Experimenten beim industriellen Partner ermöglicht die Katalysatoroptimierung.
Konsortium mit Experten auf dem Gebiet der Katalyse und Biomasseverwertung
In SusFuelCat hat sich ein hochkarätiges Konsortium aus sechs Forschungsinstitutionen, einer international agierenden Firma, zwei kleinen beziehungsweise mittleren Unternehmen (KMU) und der Bayerischen Forschungsallianz (BayFOR) zusammengeschlossen. Die Projektpartner stammen aus Deutschland, Finnland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Russland und Spanien. Koordinator von SusFuelCat ist Prof. Bastian J. M. Etzold, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg: „Das Konsortium ist sich sicher, mit der neuen Entwicklung den Anteil an nachhaltig produzierten Energieträgern in Zukunft zu steigern und so einen entscheidenden Beitrag zur Energiepolitik der Europäischen Union zu leisten“, so Prof. Etzold. „Darüber hinaus sollen die Erkenntnisse dazu dienen, wirtschaftlichere Katalysatoren auch in verwandten Prozessen verwenden zu können.“ Die BayFOR wirkte bereits in der Antragstellung von SusFuelCat mit und übernimmt nun das Projektmanagement und die Verbreitung der Projektergebnisse.
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