Das Projekt "Teilvorhaben 2: Diamantfunktionalisierung & Photokatalysatorsynthese & Batch-Prozessentwicklung & Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Die stoffliche Nutzung von CO2 zur Herstellung industrierelevanter Basischemikalien ist ein aktuelles Forschungsfeld mit großer wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Bedeutung. Besonders die Einkopplung von umweltverträglichen Energieträgern für die Umsetzung von CO2 gewinnt zunehmend Bedeutung. Das Verbundprojekt CarbonCat zielt auf die Assimilierung von CO2 in einem kontinuierlich ablaufenden Prozess unter Verwendung von sichtbarem (Sonnen)Licht und einem neu entwickelten Katalysatorkonzept auf Basis von funktionalisierten künstlichen Diamantplatten. UWÜ entwickelt und validiert geeignete Photokatalysatoren und deren Anbindung an die von den Projektpartnern entwickelten mikrostrukturierten Diamantdurchflussreaktoren. Außerdem wird eine Labor-Testanlage zur Optimierung der katalytischen Aktivität entwickelt. Die in diesem Projekt angestrebten, grundlegenden Ergebnisse sollen der zukünftigen Entwicklung einer großflächigen Anwendung des Reaktor- und Katalysatorkonzeptes dienen. Zu Beginn des Projektes werden alle innerhalb des Projektes benötigten Spezifikationen festgelegt. Dazu gehören neben der Auswahl der chemischen Reaktionen des CO2 und deren Analytik vor allem die Spezifizierung der geeigneten Diamantmaterialien, Photokatalysatoren und Lichtquellen in Q1. In Q1-4 werden erste Photokatalysatoren synthetisiert und anschließend an verschiedene Diamantmaterialien angebunden. Gleichzeitig erfolgt die Entwicklung der Analytik für die zu untersuchenden Reaktionen (Q1-4) und der Aufbau und die Testung eines Labor-Batch-Reaktors (Q4-10) mit der von SPS entwickelten Lichtquelle. Anschließend werden die hergestellten Katalysatoren an Diamantoberflächen angebunden und im obigen Batch-Reaktor auf ihre Eignung untersucht und optimiert (Q8-10). Am Ende des Projektes werden die optimierten Diamant-Katalysator-Systeme für die Kooperationspartner in ausreichender Menge hergestellt (Q11-12).
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Mikrostrukturierung & Reaktor- und Anlagenbau & Prozessentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) - Institutsteil ICT-IMM durchgeführt. Das vorgeschlagene Projekt CarbonCat zielt primär auf die photochemische Nutzbarmachung von CO2 zur Herstellung von Basischemikalien. Hierfür erforscht und schafft das Fraunhofer ICT-IMM ein innovatives Reaktor- und Anlagenkonzept, das als Schlüsselkomponente eine mikrostrukturierte Reaktionsplatte mit künstlichem Diamant besitzt. Die Funktionalisierung des Diamantmaterials mit ausgewählten Photokatalysatoren erfolgt ebenfalls wie die Konzeptionierung der Lichtquellen durch die Projektpartner an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg bzw. bei Sahlmann Photochemical Solutions.
Zu Beginn des Projektes werden alle innerhalb des Projektes benötigten Spezifikationen festgelegt. Dazu gehören neben der Auswahl der chemischen Reaktionen und deren Analytik vor allem die Spezifizierung der Diamantmaterialien, Photokatalysatoren und Lichtquellen. Anschließend erfolgt die Entwicklung, Fertigung und Analyse der mikrostrukturierten Diamantplatte, die als Basis für die Reaktorentwicklung und die Funktionalisierung mit Photokatalysatoren dient. Bau, Test und Optimierung des Reaktors geht einher mit der Entwicklung der Hochleistungslichtquellen. Auf Basis des Reaktorkonzepts und der Lichtquellen wird die nötige Laboranlage entwickelt und bereitgestellt. Nach der Testung und Optimierung der Anlage erfolgt die Prozessentwicklung und Optimierung für die ausgewählten Reaktionen. Parallel dazu ist eine zusätzliche Fertigung von mikrostrukturierten Diamantplatten vorgesehen, so dass eine kontinuierliche Bereitstellung von Diamantmaterial zur chemischen Funktionalisierung, Analyse und Testung im Reaktor gewährleistet ist.