Das Projekt "Teilvorhaben 1: Screening von Katalysatoren für die Elektrochemie und Gasphasenreaktion (Techn. Chemie) UdS (T), TV3: Herstellung und Pre-Screening von Elektrokatalysatoren (Physik. Chemie) UdS (P)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung Physikalische Chemie durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes 'Effizienzsteigerung bei der Chlorherstellung'. Teilprojektziel ist Identifizierung und Prescreening neuer Katalysatorzusammensetzungen sowohl für die NaCl- und HCl-Elektrolyse als auch für die HCl-Gasphase. TV1/AP1: Katalysator-Herstellung für die Deacon-Reaktion über den Sol-Gel-Prozess und Übertragung auf Bibliotheken. Pre-Screening mit emissionskorrigierter IR-Thermographie im Hochdurchsatz. Herstellung von ausgewählten Katalysatorschichten auf TiO2-Trägern für die elektrochemische Chlor-Erzeugung. TV1/AP2: Validierung von Hits aus der IR-Thermographie im korrosionsfesten Gasphasenströmungsreaktor mit Cl2- und HCl-geeigneter on-line-Analytik und up-scaling von Schicht- und Pulversynthesen für die Überprüfung der Eignung als Chlor-Katalysator beim Verbundpartner BMS. TV3/AP1: Schichtherstellung über Elektroplating im 'medium-throughput' zur Erzeugung von dichten Oxidschichten, Multilayersystemen und Dispersionsschichten. Die Materialauswahl basiert auf Vortests der Projektpartner JLU, TUB, RUB, die Vorstrukturierung der Substrate erfolgt bei FAU. TV3/AP2: Elektrochemisches Screening im 'medium throughput' zur Auffindung elektrokatalytisch besonders aktiver Schichtsysteme aus TV1/AP1 und TV3/AP1. TV3/AP3: Eingehende strukturelle Charakterisierung und chemische Analyse der in TV1/AP2 und TV3/AP2 als besonders erfolgversprechend identifizierten Schichtsysteme aus TV1/AP1 und TV3/AP1 (Röntgenbeugung auch in-situ bei hohen Temperaturen, Röntgenkleinwinkelstreuung, Elektronenmikroskopie, BET, Instrumentelle Elementanalytik, diverse spektroskopische Methoden). Der Technologietransfer zum Schichtenhersteller Nano-X und zum Chlorhersteller BMS (Projektpartner) wird bereits während der Laufzeit des Projektes eingeleitet. Die gewonnenen Grundlagenerkenntnisse sollen in die Lehre und in zukünftige Drittmittelprojekte einfließen. Durch Lizenzierung von Patenten soll die Universität am wirtschaftlichen Erfolg partizipieren.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Kinetik der Chlorherstellung und Charakterisierung der Katalysatoren (Technische Chemie 8) und TV 5: Kinetik der elektrochemischen Chlorerzeugung und in-situ strukturelle Untersuchung von Elektrokatalysatoren (Technische Chemie 3)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Chemie durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist eine deutliche Erniedrigung des Edelmetall-Einsatzes bei Katalysatoren, die Ihr die Herstellung von Chlor eingesetzt werden. Für die deutsche Chlor-Produktion werden ca. 0,35t/a an Edelmetall, speziell Ruthenium benötigt. Durch das Projekt soll der Edelmetallverbrauch um ca. 50-80% erniedrigt werden. Weiterhin soll bei der Elektrolyse eine Spannungserniedrigung von bis zu 150mV erreicht werden (Abschätzung). In Deutschland hätte dies, bei einer Chlor-Produktion von 4,6 Mio. t/a und einer C2 -Emission von 616 kg CO2/ MWh (Bundesumweltamt), eine jährliche Einsparung von ca. 0,5 Mio. MWh und damit 0,32 Mio. t CO2 zur Folge. Alternativ zur Elektrolyse sollen Katalysatoren zur Chlorherstellung aus Chlorwasserstoff verbessert und ebenfalls edelmetallärmere /-freie Katalysatorsysteme entwickelt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 6: 'Struktur-Wirkungsbeziehung Katalysator'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. Es soll ein grundlegendes und umfassendes Verständnis auf atomarer Skala entwickeln werden, warum RuO2 ein so stabiler und effizienter Katalysator für die sowohl elektrochemisch als auch heterogen katalytische Chlorgasentwicklung ist. Diese grundlegenden Untersuchungen sollen ein rationales 'Screening 'von alternativen Materialien unterstützen. Neben experimentellen in-situ Methoden, wie etwa RAIRS (Reflection Absorption Infrared Spectroscopy), Temperatur programmierte Reaktionen, Hochdruck-Photoelektronenspektroskopie sowie der Oberflächenröntgenbeugung, setzen wir moderne Dichtefunktional Theorie Methoden ein. Im Rahmen dieses Teilprojektes wird eine Durchflussapparatur für die HCl Oxidierung aufgebaut und zur Testung von RuO2 Pulverkatalysatoren, mit und ohne Promotoren eingesetzt. Die folgenden Punkte sollen untersucht werden: 1) Untersuchung der selektiven Ersetzung von Oberflächen-Sauerstoff von RuO2 durch Chlor auf molekularer Ebene. Insbesondere soll die Rolle der geometrischen Struktur von RuO2 (Rutilstruktur) und der elektronischen Struktur von Ruthenium für die stabilisierende Wirkung der Chlorierung identifiziert werden. 2) Aufklärung der chemischen Stabilität dieser teilweisen Chlorierung unter Reaktionsbedingungen. 3) Die besondere Effizienz von RuO2 in der HCl Oxidierung ist in den besonderen elektronischen Eigenschaften von Ruthenium/RuO2 mit seinen vielen möglichen Oxidationsstufen zu sehen. Mit ab initio Rechnungen (DFT) soll die elektronische Struktur von RuO2 für die die HCl Oxidierung beleuchtet und mit experimentellen Photoemissionsdaten verglichen werden. 4) Untersuchungen zur HCl Oxidierung an RuO2-basierten Mischoxiden. 5) Untersuchungen zur Wirkung von Promotoren (wie etwa Alkalimetalle) auf die Effizienzsteigerung von RuO2 im Deacon Prozess. Diese grundlegenden Untersuchungen sollen ein rationales 'Screening 'von alternativen Materialien unterstützen oder/und den Einsatz von kostenintensiven Metalloxiden wie etwa RuO2 minimieren.