Katalysatoren für den industriellen Einsatz

Ob als Bestandteil von Brennstoffzellen, als Schlüssel zur stofflichen Nutzung von CO2 oder als Instrument zur Gasreinigung – Katalysatoren sind für viele Prozesse der Industrie unverzichtbar. Mit ihrer Hilfe lassen sich schädliche Emissionen reduzieren sowie chemische Produkte ressourcenschonend und energieeffizient herstellen. Damit das sowohl im kleinen Maßstab als auch in der industriellen Anlage funktioniert, muss die Rezeptur stimmen und zur jeweiligen technischen Anwendung passen. Hier kommen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT ins Spiel…

Von der Katalysatortestung bis zur -präparation: Lösungen und Leistungen des Fraunhofer UMSICHT

Wir unterstützen Forschungseinrichtungen und Unternehmen bei Testung und Screening von Katalysatoren. Sprich: Wir schauen uns bereits vorhandenes Material an und untersuchen, wie es unter prozessrelevanten Bedingungen reagiert. Aktuell passiert das beispielsweise im Rahmen des Verbundprojektes Carbon2Chem®.

Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Präparation von Katalysatoren. Auch dabei arbeiten wir in der Regel mit Material, das uns von Partnern oder Kunden zur Verfügung gestellt wird. Wir können ein breites Spektrum an Katalysatorrezepturen sowohl im Gramm-Maßstab synthetisieren als auch durch ein schrittweises Scale-up im Kilogramm-Bereich herstellen. Aus dem entsprechenden Katalysatorpulver können wir anschließend individuell geformte Katalysatoren herstellen – sei es in Schüttform, als Wabe oder Pellet – und erneut unter anwendungsnahen Bedingungen testen.

Last but not least sind wir in der Entwicklung von Katalysatoren tätig. Im Projekt ElkaSyn – Steigerung der Energieeffizienz der elektrokatalytischen Alkoholsynthese arbeiten wir beispielsweise gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung an einem einstufigen Verfahren zur elektrochemischen Herstellung von Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol aus CO2 und Wasser. Dabei entstehen Systemkomponenten für ein Hochdruck- und ein Normaldruckverfahren. Darunter poröse Gasdiffusionselektroden. In ihnen stehen Gase mit einem elektronenleitenden, ggfs. Katalysator-aktivierten Festkörper sowie einer Elektrolyselösung in Kontakt und werden umgesetzt.

Auf dem Weg zu geeigneten Katalysatoren: Viele Optionen dank moderner Ausstattung

Um diese Lösungen und Leistungen auf einem hohen Niveau anbieten zu können, verfügen wir über eine moderne und umfassende Labor- und Technikumsausstattung. Zu unseren Geräten und Dienstleistungen gehören:

  • Elektrokatalyseteststände
  • ein 8-fach-Parallelreaktor zum Screening heterogener Katalysatoren
  • drei Teststände für heterogene Katalyse (Tmax = 500 °C bei p = 60 bar und Tmax = 1000 °C bei p = 1 bar)
  • Fällungsanlagen für Katalysatorsynthese (bis zu 20 l)
  • ein Extruder zur Formgebung keramischer Massen
  • gerührte Batch-Reaktoren zur Katalysatortestung
  • Tests von homogenen und heterogen Katalysatoren im Rührkessel
  • Gas/Flüssig-, Flüssig/Flüssig-Reaktionen
  • Teststände mit Volumina von 15 ml, 0,5 l,1 l, 2 l, bis zu 20 l
  • kontinuierliche Probennahme möglich
  • Reaktionen bis zu 400 °C und 300 bar möglich
  • spezielle korrosionsbeständige Werkstoffe und automatisierte Prozessführung
  • Reaktionskalorimeter und Rührkesselkaskade
  • Beispiele: Hydrierreaktionen, Veresterungen, Oxidationsreaktionen, Dehydratisierungen

So funktioniert die Zusammenarbeit mit uns

Wir verstehen uns als Bindeglied zwischen akademischer Forschung und Industrie, um innovative und aussichtsreiche katalytische Materialien und Prozesse in die technische Anwendung zu überführen. Eine Zusammenarbeit ist sowohl im Rahmen öffentlich geförderter Forschungsvorhaben als auch in Form einer direkten Beauftragung möglich.

Referenzprojekte rund um »Katalysatoren im industriellen Einsatz«

 

ElkaSyn

Energieeffiziente Elektrosynthese von Alkoholen

Um CO2 als nachhaltigen Rohstoff zu nutzen, sind Power-to-X-Verfahren gefragt. Im Fokus von ElkaSyn steht daher ein einstufiges Verfahren, mit dem Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol umgesetzt werden.

 

IMOKAT

Edelmetallfreier Katalysator zur Methanoxidation

Einen edelmetallreduzierten oder edelmetallfreien Katalysator für die Oxidation von Methan zu entwickeln – so lautete die Zielsetzung des Projektes IMOKAT. Ebenfalls im Fokus stand die Formgebung zu einem Wabenkatalysator für den technischen Einsatz.

 

Power2C4

Per Katalyse von Ethanol zu Butadien

Im Arbeitspaket »Power2C4« entsteht ein Power-to-X-Verfahren zur Herstellung von Butadien und anderen C4-Olefinen. Als alternatives, sicheres und bezahlbares Konzept soll es zu einem klimafreundlichen Energieversorgungssystem beitragen.

 

Carbon2Chem®-Teilprojekt L-II

Dynamische Methanolproduktion aus Hüttengasen

Ziel ist die konkrete Ausarbeitung der in der ersten Projektlaufzeit entwickelten Prozesskonzepte zur Herstellung von Methanol aus den Kuppelgasen der Hütte. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Scale-up von der Labor- zur Pilotanlage im Technikum.

 

Carbon2Chem®-Teilprojekt L-III

Synthesegas

Ziel ist es, die Robustheit der bereits erarbeiteten Konzepte zur Aufreinigung von Hüttengasen, zur Synthese diverser Chemikalien und insbesondere zur Systemintegration zu zeigen. Mit Abschluss der zweiten Projektlaufzeit soll eine industrielle Umsetzung realisierbar sein.

 

Carbon2Chem®-Teilprojekt L-IV

Höhere Alkohole

Im Fokus steht die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur direkten Umsetzung von aufbereitetem Kuppelgas zu kurzkettigen Alkoholen, Olefinen und synthetischen Kraftstoffen. Dieser Prozess soll anschließend zur Demonstrationsreife geführt werden.