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 "(NEKat Umicore) - Teilvorhaben: Entwicklung von kohlenstofffreien Elektro-Katalysatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umicore AG & Co. KG durchgeführt. Wesentliche Arbeitsschritte: Konzipierung und Entwicklung von Elektrokatalysatoren und Elektroden, die durch eine deutlich verbesserte Degradationsstabilität und eine verbesserte Massenaktivität die ökonomischen Zielsetzungen für automobile Brennstoffzellenkatalysatoren erfüllen. Das technische Arbeitsziel des Vorhabens ist die Darstellung einer für den Automobilbetrieb tauglichen, d.h. langzeitstabilen (5000 h), robusten (Temperaturbereich -25 C bis +95 C) und leistungsfähigen (spez. Leistung 2,9 kW/g Pt) Elektrodentechnologie für automobile PEM-Brennstoffzellen. Wesentliche Arbeitsschritte: I.) Identifizierung von alternativen Trägermaterialien und deren Charakterisierung (Umicore, Unterauftragnehmer) mit a) Definition der Materialanforderungen und Festlegung von Charakterisierungsverfahren. b) Verwertung von Umicore internem Material. c) Elektrochemische ex-situ Charakterisierung. II. Entwicklung einer Methode zur Herstellung von Pt-Katalysatoren auf den alternativen Trägern (Umicore, Unterauftragnehmer) mit a) Entwicklung der Herstellmethode. b) Charakterisierung und c) Elektrochemische ex-situ Testung der entwickelten Materialien.
Das Projekt "Teilvorhaben 10: Chlorwasserstoff-Oxidation (Katalysator, Testung und Verfahren) und Teilvorhaben 11: Elektrochemische Testung im Labor- und technischem Maßstab sowie GesamTeilprojekt rojektleitung/Koordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayer MaterialScience AG durchgeführt. 1. Vorhabenziel Zur Herstellung von Chlor durch Elektrolyse sind edelmetallbasierte Ruthenium-Katalysatoren notwendig. Bei der Natriumchlorid-Elektrolyse wird an beschichteten Titan-Anoden Chlor entwickelt und an beschichteten Nickelkathoden Natronlauge und Wasserstoff gebildet. Ein Schwerpunkt dieses Projektes soll die Reduzierung des Edelmetallanteils, bzw. die Bereitstellung eines Edelmetallfreien Coatings und die Effizienzsteigerung des Coatings sein (Schaffung einer größeren Unabhängigkeit von Edelmetall-Importen, preiswertes Coating, Reduzierung des Energieverbrauchs bei der Elektrolyse durch effizienteres Coating). 2. Arbeitsplanung Die Aufgaben für die Chlorwasserstoff-Gasphasen-Oxidation gliedern sich in zwei Schwerpunkte: Katalysator-Entwicklung und Testung für Chlorwasserstoff-Gasphasenoxidation-Verfahrensentwicklung derChlorwasserstoff-Gasphasenoxidation. Die Aufgaben für die Elektrolyseabteilung ist die Testung von Elektrokanalysatoren im Labor- und technischem Maßstab. Die im Projekt hergestellten Katalysatoren können von BMS IO auf Elektrodenoberflächen aufgebracht werden (Coating). Die so hergestellten Elektroden werden anschließend in einer Labor-Elektrolysenzelle getestet (NaCl - sowie Salzsäure-Elektrolyse). Hierdurch gewonnen werden Aussagen zur Verarbeitbarkeit des Katalysators (keine Zerstörung der katalytischen Aktivität durch den Verarbeitungsprozess) und erste Erkenntnisse zum Scale-up des Coating-Prozesses auf Labor-Maßstab.
Das Projekt "Teilprojekt 2.2: Einsatz neuartiger Elektrokatalysatoren in der alkalischen Wasserelektrolyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KUMATEC Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung GmbH durchgeführt. Ziel ist die Demonstration eines alkalischen Druckelektrolyseurs mit großem Wirkungsgrad sowie hoher Langzeitstabilität. Bisherige, am Markt erhältliche Elektrolyseure verfügen über Wirkungsgrade ' im Bereich von ca. 50% bis 70%. Die am IKTS zu entwickelten Mischmetalloxidkatalysatoren (MMO) haben das Potential, sowohl hohe Werte für ' als auch ein langzeitstabiles Verhalten bzgl. der katalytischen Aktivität zu liefern. Dies wird in Verbindung mit einem neuartigen Design des Druckelektrolyseurs einen klaren Wettbewerbsvorteil (Kosten, Performance) gegenüber dem Stand der Technik bieten. Das Unternehmen Kumatec beschäftigt sich seit 2 Jahren intensiv mit der Entwicklung alkalischer Druckelektrolyseure als Komponente für ein neuartiges Blockspeicherkraftwerk (BSKW), wobei auch die Rückverstromung des zuvor erzeugten Wasserstoffs von Bedeutung ist. Diese Anlagen sollen in Modulbauweise als skalierbare, dezentrale Stromspeicher in den Markt gebracht werden. Es wurden bereits einige Funktionsmuster dieser Elektrolyseure gefertigt und in Tests betrieben. Dabei wurden Wirkungsgrade von etwa 65% bis 70% erzielt. Das größte Potential bzgl. einer Steigerung des Wirkungsgrades wird in der Verwendung neuartiger Katalysatoren gesehen Die für das Teilvorhaben benötigten Personalkapazitäten sind bereits vorhanden und wurden im Antrag genannt. Neben den in der Ressourcenplanung aufgelisteten Sachmitteln sind die benötigten Materialien bereits vorhanden bzw. werden von Kumatec aus Eigenmitteln beigesteuert. Zum Erreichen der Projektziele werden zunächst an einem eigen konzipierten Laborprüfstand verschiedene Versuchselektroden und Elektrodenanordnungen untersucht. Auf Basis dieser Ergebnisse werden vielversprechende Varianten für den großskaligen Laboraufbau ausgewählt. Nach Konzipierung und Inbetriebnahme dieses 50 kW-Aufbaus werden Langzeitversuche gefahren und ausgewertet, so dass bei Projektende eine langzeitstabile und wirkungsgradoptimale MMO-Beschichtung als Ergebnis vorliegt.
Das Projekt "SusHy - Edelmetallfreie Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energiequellen - Sustainable Hydrogen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Katalyse e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Das Vorhabenziel des LIKAT-Teilprojektes beinhaltet die Herstellung und Ausprüfung edelmetallfreier Elektrokatalysatoren bzw. Kompositelektroden zur Wasserstoff- und Sauerstofferzeugung durch lichtinduzierte Wasserspaltung. Um das Ziel zu erreichen sollen nanopartikuläre Elektrokatalysatorsysteme ausgehend von edelmetallfreien Präkursoren (z. B. auf Basis von Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Chrom, Mangan) für die Wasserstoff- und Sauerstofferzeugung synthetisiert werden. Ferner sollen Kompositelektroden durch die Anbindung der synthetisierten Elektrokatalysatoren auf Trägermaterialien, die sich durch eine ausreichende Porosität und elektrische Leitfähigkeit auszeichnen, direkt durch nasschemische, elektrochemische und thermische Behandlungsverfahren hergestellt werden. Alle hergestellten Materialien werden mit den im LIKAT verfügbaren Methoden der Festkörpercharakterisierung untersucht. Die Kompositelektroden werden elektrochemisch charakterisiert und die aussichtsreichsten Materialien in einer Elektrolysezelle unter Quantifizierung der gebildeten Wasserstoff- und Sauerstoffmengen auf ihre Eigenschaften ausgeprüft. Mechanistische Studien der Elektronentransferprozesse und der dabei durchlaufenen (radikalischen) Intermediate (z. B. O2--, HOO-, O22-) erfolgen mittels simultaner in situ-EPR/Raman- und in situ-ATR/Raman-Spektroskopie, für die spezielle Reaktorzellen entwickelt und ggf. geeignete Spintraps und Monitorverbindungen gefunden werden müssen.