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https://digi.hadw-bw.de/view/jbhadw2023/0038
I. Jahresfeier am 24. Juni 2023
lyse auch treibhausgasarmem Atom-Strom verwenden und auf diese Weise „roten
Wasserstoff" erzeugen. „Grüner Wasserstoff" ist derzeit etwa doppelt so teuer wir
„blauer" und „türkiser Wasserstoff" und etwa dreimal so teuer wie aus Erdgas ge-
wonnener „grauer Wasserstoff". Es wird erwartet, dass sich diese Unterschiede bis
2050 deutlich nivellieren19.
Forschungsbeispiel
Derzeit gibt es große Forschungsprogramme, die dazu dienen, Power-to-X-Tech-
nologie weiter zu entwickeln und ihre Effizienz zu verbessern. Als Beispiel hierfür
sei im Folgenden ein eigenes Forschungsergebnis zur Verbesserung der Katalysa-
toren für die Methanolsynthese besprochen. Methanol ist ein Baustein einer mög-
lichen treibhausgasarmen Power-to-X Route.
Links in Abbildung 6 wird gezeigt, dass der Katalysator aus mehreren Parti-
kelsorten bestehen muss. Diese Partikel sind erstens metallisches Kupfer (Cu), an
dem die Reaktion von treibhausgasneutralem Wasserstoff (H,) und beispielsweise
aus der Luft abgeschiedenem Kohlendioxid (CO7) zu Methanol (CH3OH) und
Wasser (H^O) katalysiert wird. Die Kupferpartikel müssen nanometer-klein sein,
damit sie pro eingesetzter Menge eine große Oberfläche und damit viele Reakti-
onsmöglichkeiten bieten. Die zweite Partikelsorte ist Zinkoxid (ZnO). Wie durch
die Arbeitsgruppe von Robert Schlögl gezeigt wurde, erleichtert diese Partikelsorte
einerseits die Reaktion und verhindert andererseits, dass die Kupfer-Nanoteilchen
bei der hohen Reaktionstemperatur im Laufe der Zeit zu größeren Teilchen ver-
schmelzen.20 Als Trägermaterial für diese beiden aktiven Substanzen hat sich die
dritte Partikelsorte Zirkonoxid (ZrO) bewährt.21 Alle drei Materialien müssen
auf der Nanoskala möglichst homogen gemischt vorliegen, damit der Katalysator
besonders produktiv ist. Wir konnten zeigen, dass es durch eine spezielle kon-
tinuierliche Herstellmethode in einer Mischdüse möglich ist, diese gewünschte
Homogenität auf der Nanoskala zu erreichen.22 Das elektronenmikroskopische
Bild oben rechts in Abbildung 6 zeigt konventionelles Material, das nach der übli-
chen Herstellmethode erzeugt wurde. Es hat große voneinander abgegrenzte (ro-
te) Kuper- und (grüne) Zinkoxid-Bereiche. Das untere elektronenmikroskopische
Bild in Abbildung 6 zeigt hingegen, dass bei der von uns neu entwickelten Methode
die einzelnen Nano-Partikel fein verteilt und gut vermischt nebeneinander vor-
liegen. Im Versuchsreaktor zeigte sich dann, dass dieser nach unserem Verfahren
hergestellte Katalysator tatsächlich eine deutlich höhere Produktivität an Methanol
aufweist als das konventionell hergestellte Material.
Ein so verbesserter Katalysator ist einer von vielen Bausteinen, auf denen
die zukünftige inkrementelle Verbesserung des Wirkungsgrades von Power-to-X
Technologien beruht.
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lyse auch treibhausgasarmem Atom-Strom verwenden und auf diese Weise „roten
Wasserstoff" erzeugen. „Grüner Wasserstoff" ist derzeit etwa doppelt so teuer wir
„blauer" und „türkiser Wasserstoff" und etwa dreimal so teuer wie aus Erdgas ge-
wonnener „grauer Wasserstoff". Es wird erwartet, dass sich diese Unterschiede bis
2050 deutlich nivellieren19.
Forschungsbeispiel
Derzeit gibt es große Forschungsprogramme, die dazu dienen, Power-to-X-Tech-
nologie weiter zu entwickeln und ihre Effizienz zu verbessern. Als Beispiel hierfür
sei im Folgenden ein eigenes Forschungsergebnis zur Verbesserung der Katalysa-
toren für die Methanolsynthese besprochen. Methanol ist ein Baustein einer mög-
lichen treibhausgasarmen Power-to-X Route.
Links in Abbildung 6 wird gezeigt, dass der Katalysator aus mehreren Parti-
kelsorten bestehen muss. Diese Partikel sind erstens metallisches Kupfer (Cu), an
dem die Reaktion von treibhausgasneutralem Wasserstoff (H,) und beispielsweise
aus der Luft abgeschiedenem Kohlendioxid (CO7) zu Methanol (CH3OH) und
Wasser (H^O) katalysiert wird. Die Kupferpartikel müssen nanometer-klein sein,
damit sie pro eingesetzter Menge eine große Oberfläche und damit viele Reakti-
onsmöglichkeiten bieten. Die zweite Partikelsorte ist Zinkoxid (ZnO). Wie durch
die Arbeitsgruppe von Robert Schlögl gezeigt wurde, erleichtert diese Partikelsorte
einerseits die Reaktion und verhindert andererseits, dass die Kupfer-Nanoteilchen
bei der hohen Reaktionstemperatur im Laufe der Zeit zu größeren Teilchen ver-
schmelzen.20 Als Trägermaterial für diese beiden aktiven Substanzen hat sich die
dritte Partikelsorte Zirkonoxid (ZrO) bewährt.21 Alle drei Materialien müssen
auf der Nanoskala möglichst homogen gemischt vorliegen, damit der Katalysator
besonders produktiv ist. Wir konnten zeigen, dass es durch eine spezielle kon-
tinuierliche Herstellmethode in einer Mischdüse möglich ist, diese gewünschte
Homogenität auf der Nanoskala zu erreichen.22 Das elektronenmikroskopische
Bild oben rechts in Abbildung 6 zeigt konventionelles Material, das nach der übli-
chen Herstellmethode erzeugt wurde. Es hat große voneinander abgegrenzte (ro-
te) Kuper- und (grüne) Zinkoxid-Bereiche. Das untere elektronenmikroskopische
Bild in Abbildung 6 zeigt hingegen, dass bei der von uns neu entwickelten Methode
die einzelnen Nano-Partikel fein verteilt und gut vermischt nebeneinander vor-
liegen. Im Versuchsreaktor zeigte sich dann, dass dieser nach unserem Verfahren
hergestellte Katalysator tatsächlich eine deutlich höhere Produktivität an Methanol
aufweist als das konventionell hergestellte Material.
Ein so verbesserter Katalysator ist einer von vielen Bausteinen, auf denen
die zukünftige inkrementelle Verbesserung des Wirkungsgrades von Power-to-X
Technologien beruht.
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