Die Forschungsgruppe hat eine Schlüsseltechnologie für die verbesserte Speicherung von grünem Strom in chemischen Energieträgern entwickelt. Konkret ist Platz eins in der Kategorie „Forschung“ verliehen worden für die „Erfindung von neuartigen Kern-Schale-Katalysatoren für den last-flexiblen Betrieb zukünftiger Power-to-X-Prozesse“. Mit Hilfe dieser einfach herzustellen Katalysatoren können effiziente, sichere und kostengünstige Reaktoren und Prozesse entwickelt werden, die eine großtechnische Produktion chemischer Energieträger ermöglichen.
Clausthaler Universitätspräsidentin gratuliert
Die Erfindung geht zurück auf die Abteilung Prozesstechnik am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg, in der Jens Bremer acht Jahre lang tätig war. Seit März 2022 ist er Tenure Track-Professor für Chemische Energiespeicherung am Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik der Technischen Universität Clausthal. Prof. Bremer hat den Preis erhalten gemeinsam mit Ronny Tobias Zimmermann, M. Sc., Bianka Stein, Markus Ikert und Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher (Leitung). „Wir gratulieren Prof. Bremer und dem gesamten Team zum Gewinn des Umweltpreises und sind als Universität stolz darauf, dass er für seine Forschung auf einem für die Energiewende so wesentlichen Gebiet wie der Energiespeicherung ausgezeichnet wurde“, freut sich Dr.-Ing. Sylvia Schattauer, die Präsidentin der TU Clausthal.
In seiner Forschungsarbeit entwickelte das Team einen neuartigen Katalysator für den Einsatz in katalytischen Festbettreaktoren. Diese gelten als die zentrale Schlüsseltechnologie für die kostengünstige großtechnische Umwandlung von Kohlendioxid in chemische Energieträger wie Methan, Methanol oder andere E-Fuels. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler betreiben eine prototypische Reaktoranlage, mit der überschüssige erneuerbare Energie in synthetischem Erdgas gespeichert werden soll. Die Herausforderung besteht darin, Reaktoren zu entwickeln, die nicht nur bei konstanten Nennlasten, sondern auch flexibel bei unterschiedlichen Teillasten, bedingt durch zeitliche Schwankungen im Angebot erneuerbarer Energien, effizient und sicher arbeiten können.
Bei der Umsetzung von grünem Wasserstoff und Kohlendioxid in einem Power-to-X Festbett-Reaktor wird Wärme frei. Bei flexiblen Lasten kann dies zu einer überhöhten Reaktortemperatur und in Folge dessen zu einem so genannten thermischen Durchgehen und Totalausfall des Reaktors führen. Die Forschenden haben herausgefunden, dass optimierte Katalysatoren die maximale Reaktortemperatur deutlich absenken, eine höhere Produktausbeute und geringere Konzentration an Nebenprodukten erzielen und schneller auf Lastwechsel antworten können.
Großtechnische Produktion möglich
Die optimierten Katalysatoren bestehen aus einem katalytisch aktiven Kern, der von einer inaktiven, porösen Schale umgeben ist. Diese Schale wird mittels Wirbelschichtverfahren aufgetragen. Mit der richtigen stofflichen, physikalisch-chemischen Zusammensetzung der inaktiven Schale wird das Risiko eines thermischen Durchgehens des Reaktors vollständig ausgeschlossen. Das Team modifizierte im Experiment bereits kommerziell verfügbare Standard-Katalysatoren mit dem Wirbelschichtverfahren und konnten die Wirksamkeit erfolgreich demonstrieren. Die einfache Herstellbarkeit der Kern-Schale-Katalysatoren erlaubt es, effiziente, sichere und kostengünstige Reaktoren und Prozesse zu entwickeln, die eine großtechnische Produktion chemischer Energieträger ermöglichen.
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