Elektrosynthese

Eine Abteilung aus dem Bereich Energie

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Wir entwickeln und optimieren elektrochemische Prozesse zur nachhaltigen, CO2-neutralen Produktion von Wasserstoff und Basis- sowie Spezialchemikalien – beginnend beim Katalysator im Labormaßstab bis zur Pilotanlage. Unser Angebot beinhaltet die kundenspezifische Entwicklung von Materialien und Komponenten für Elektrolyseprozesse sowie deren Integration in leistungsstarke Elektrolysezellen und -stacks . Dies ergänzen wir durch die Erstellung von technischen Konzepten zur Implementierung von neuartigen Elektrolyseprozessen sowie deren Bewertung. Wir sind Wegbereiter nachhaltiger Elektrolysetechnologien und verlässlicher Wegbegleiter von Industrie und Wirtschaft.

Unsere Services und Dienstleistungen

Produktion von grünem Wasserstoff | Stoffliche Nutzung von CO2 | Elektrochemische Synthese von Basis- und Spezialchemikalen | Bioelektrokatalytische Verfahren

 

Von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung

Warum markttaugliche Konzepte von Katalysatoren, Elektroden und Zellen noch Mangelware sind – und was sich ändern muss.

 

Elektrolyse in Industrie und Forschung

Im Interview berichtet Ulf-Peter Apfel über die Arbeit seiner Gruppe: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen an der Produktion von grünem Wasserstoff und der Frage, wie aus Kohlendioxid Ausgangsstoffe für die chemische Industrie werden.

Produktion von grünem Wasserstoff

Auf dem Weg zum grünen Fußabdruck: Energiewende mit dem leichtesten Molekül 

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselbaustein für eine erfolgreiche Energiewende. Er kommt zum Beispiel bei der Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom sowie der klimaneutralen Gestaltung industrieller Prozesse zum Einsatz. Wir entwickeln die Herzstücke der dafür nötigen Wasserelektrolyseure – die Elektrolysestacks – auf Basis nachhaltiger, nicht kritischer Rohstoffe und innovativer, wirtschaftlicher Zellkonzepte. 

 

Auf neuen Pfaden zur Industrialisierung der Elektrolyse

Im Leitprojekt H2Giga arbeiten etwa 30 unabhängige Verbünde. Das gemeinsame Ziel: Elektrolyseure zur Wasserstoff-Herstellung in die Serienfertigung zu bringen. Einblicke in das Arbeitspaket »Design of Tomorrow« gewähren Anna Grevé und Ulf-Peter Apfel im Interview. 

 

Edelmetallfreie Katalysatoren

Die Suche nach edelmetallfreien Katalysatoren steht im Fokus vieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer UMSICHT. David Tetzlaff, Doktorand in der Abteilung Elektrosynthese, gewährt im Interview Einblicke in die Forschungsarbeit. 

Wasserstoff

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT arbeiten – gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen, Industrie und Wirtschaft – an Lösungen für den Einsatz von Wasserstoff.

CINES

Der Exzellenzcluster Integrierte Energiesysteme CINES adressiert die zentralen technologischen und ökonomischen Herausforderungen der Energiewende. Ziel ist die System- und Marktintegration hoher Anteile variabler Erneuerbarer Energien in das Energiesystem. 

Stoffliche Nutzung von CO2

Zum Wohle des Klimas: CO2-Reduktion auf allen Ebenen 

Die CO2-Emissionen werden Schritt für Schritt durch immer strengere Regularien weiter limitiert. Wir entwickeln die Elektrolysetechnologien der nächsten Generation, um mittelfristig den Kohlenstoffkreislauf zu schließen. Mit der Co-Elektrolyse – der gleichzeitigen elektrochemischen Umwandlung von CO2 und Wasser – ermöglichen wir die stoffliche Nutzung von CO2 aus Prozessgasströmen oder Direct-Air-Capture-Verfahren für die Produktion von CO2-neutralen oder negativen Basischemikalien wie Synthesegas, Ameisensäure, Ethylen, Methanol oder Ethanol. Wir unterstützen Sie gerne bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Co-Elektrolyse-Konzepte, um Ihren CO2-Fußabdruck zu verringern.

 

Marktfähige Power-to-X-Technologien entwickeln

Im Rahmen eines neuen Projektes des Spitzenclusters Industrielle Innovationen (SPIN) entsteht eine Versuchsplattform für die Entwicklung von Power-to-X-Technologien. Untersucht werden Möglichkeiten, CO2-haltige Abgasströme in ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und dann in verschiedene Produkte für Chemie-, Kraftstoff- und Kunststoffindustrie umzuwandeln.

 

Erfolgsfaktoren elektrochemischer CO2-Reduktion

Kohlendioxid nutzen, um Ausgangsstoffe für die chemische Industrie herzustellen: Die elektrochemische CO2-Reduktion macht’s möglich. Wie erfolgreich dieser Prozess ist, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Wie weit die Forschung in diesen Bereichen ist, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen einer Literaturrecherche untersucht. 

 

Kohlenstoffkreislauf via Elektrolyse schließen

Wie lässt sich die Performance von Zero-Gap Elektrolyseuren mit Blick auf die CO2-Reduzierung steigern? Mit dieser Frage haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT, der Ruhr-Universität Bochum und der RWTH Aachen befasst.

 

CO2 als Rohstoff nutzen

In der Zementindustrie ist Kohlenstoffdioxid ein unvermeidbares Nebenprodukt: Es entsteht beim Brennen von Calciumcarbonat zu Calciumoxid und wird anschließend freigesetzt. Dadurch trägt die Zementindustrie momentan zu vier bis acht Prozent der globalen CO2-Emissionen bei. Im neu gestarteten Verbundprojekt »CO2-Syn« arbeiten Partner aus Industrie und Wissenschaft an einer Alternative.

 

Elektrochemische Reduktion von CO2

Forschende der Ruhr-Universität Bochum, des Fritz-Haber-Instituts und des Fraunhofer UMSICHT haben den Einfluss von überkritischem Kohlendioxid auf die elektrochemische Reduktion von CO2 untersucht.

 

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.

Elektrochemische Synthese von Basis- und Spezialchemikalien

Chemie aus der Steckdose: Präzise Eingriffe in Moleküle 

Die Mehrzahl der chemischen Synthesen in der verarbeitenden Industrie sind mit energieintensiven Prozessbedingungen sowie teuren und umweltschädlichen Reagenzien verbunden. Die organische Elektrosynthese ermöglicht dagegen durch die Substitution von wenig nachhaltigen Redox-Reagenzien durch erneuerbaren Strom die nachhaltige Gestaltung viele Prozesse der chemischen Industrie. Elektrosynthese-Verfahren zeichnen sich zudem durch eine außerordentlich präzise Prozesskontrolle aus. Durch eine geeignete Auswahl von Materialien und Prozessbedingungen lässt sich nahezu jede Redox-Reaktion elektrifizieren. Gerne beraten wir Sie zur Anwendung von elektrochemischen Verfahren in Ihrer chemischen Synthese.

 

Chemische Produkte nachhaltig herstellen

Mit seiner Idee, innovative Materialien für die elektrokatalytische Hydrierung von organischen Chemikalien einzusetzen, bewarb sich Dr. Daniel Siegmund beim »BMBF Nachwuchswettbewerb NanoMatFuture«. Jetzt können der UMSICHT-Wissenschaftler und seine Gruppe »H2Organic« mit der Forschung beginnen.

 

Chemische Industrie nachhaltig gestalten

Produktionsketten defossilisieren sowie eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung etablieren – die chemische Industrie hat sich in Sachen Nachhaltigkeit ehrgeizige Ziele gesetzt. Unterstützung bei diesem Prozess leisten ab sofort neun Institute der Fraunhofer-Gesellschaft: Im Leitprojekt ShaPID wollen sie ihre Forschungsaktivitäten für das Erreichen der Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre Beziehungen zur Branche stärken. 

 

Talking Energy

Dr. Daniel Siegmund über die Nutzung erneuerbarer Energien zur elektrochemischen Herstellung chemischer Substanzen. 

Bioelektrokatalytische Verfahren

Biotechnologie trifft Elektroden: Elektrolyse im Einklang mit der Natur 

Die Natur hat bereits effiziente Prozesse für unterschiedlichste chemische Prozesse etabliert. So können chemische Redox-Reaktionen unter Zuhilfenahme von Enzymen und Mikroorganismen bereits industriell durchgeführt werden. Die Komplexität des resultierenden Systems stellt allerdings hohe Anforderungen an eingesetzte Materialien, Prozessparameter und Produktaufbereitung. Die kontinuierliche, zirkuläre Regeneration von biologischen Redox-Äquivalenten wird hier durch hocheffiziente Elektroden sichergestellt, wodurch teure Reagenzien entfallen und die Atomeffizienz verbessert wird. Wir erleichtern Ihnen den Einstieg in biotechnologische Produktionslösungen durch eine fachgerechte Beratung und maßgeschneiderte Entwicklung und Bewertung neuartiger technischer Lösungen.