Wasserstofferzeugung in Mikrostrukturen

Prozessintensivierung und Nachhaltigkeit sind heutzutage die wichtigsten Treiber in der Entwicklung neuer chemischer Prozesse. Dabei ist die Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und die Nutzung regenerativer Energieträger zur Stromerzeugung eine der zentralen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. In der Gruppe Mikroreaktionstechnik werden Technologien entwickelt, um erneuerbare Ressourcen wie Bioethanol oder Essigsäure zur Energiegewinnung einzusetzen. In einem Verbundprojekt wurde die Entwicklung und Markteinführung eines innovativen, kompakten Stromerzeugers für Propan und Bioethanol auf Basis der oxidkeramischen Brennstoffzelle (SOFC) vorangetrieben. Unter den regenerativen Energieträgern gewinnt Bioethanol, ein ungiftiger, unproblematisch lager- und transportfähiger Brennstoff,  zunehmend an Bedeutung. Aus Bioethanol wird durch katalytische Partialoxidation ein Gasgemisch mit hohem H2- und CO-Gehalt erzeugt. Im Projekt wurden kostengünstige, langzeit- und hochtemperaturstabile Katalysatoren auf Basis von Ni oder Co für die Umsetzung von Bioethanol mit Luftsauerstoff entwickelt. Der edelmetallfreie Katalysator ermöglicht eine Wasserstoffausbeute von 90 % bei vollständigem Ethanolumsatz. Es wurde ein Synthesegas mit 37 vol% H2, 26 vol% CO, 3 vol% CO2 und 1 vol% CH4 erzeugt, dass unmittelbar zur Verstromung in der SOFC bei ca. 850 °C genutzt wird. Durch Applizieren des im Labor entwickelten Katalysators auf keramische mikrostrukturierte Monolithe wurde die Integration des Katalysators in ein kommerzielles Brennstoffzellensystem des Projektpartners new enerday GmbH ermöglicht. Monolithische Reaktoren sind für stark exotherme Reaktionen besonders vorteilhaft, da der Wärmetransport begünstigt und der Druckverlust verringert wird. Daher sinkt die Gefahr eines thermischen Runaways und der Katalysatordesaktivierung. Im Projekt wurde eine Methode für eine gleichförmige sowie thermisch und mechanisch stabile Beschichtung der keramischen Träger entwickelt.

Reaktorofen für Hochtemperaturreformierungen
Keramische Monolithe als Katalysatorträger