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Wasserstoff aus nasser Biomasse: Nano-Katalysatoren verbessern Nachhaltigkeit der Energieproduktion

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Die EU hat in ihrer Wachstumsstrategie Europa 2020 die Ziele ausgegeben, die Treibhausgasemissionen um 20 Prozent zu verringern, den Anteil an erneuerbaren Energien auf 20 Prozent zu erhöhen und Energieeinsparungen von 20 Prozent zu erreichen. Wasserstoff könnte hierbei eine Rolle spielen. Er hat im Gegensatz zu fossilen Energieträgern den Vorteil, dass bei der Verbrennung lediglich Wasserdampf und kein CO2 entsteht. Er kann aus Biomasse und damit aus einer regenerativen Quellen gewonnen werden. Das EU-Forschungsprojekt SusFuelCat konzentriert sich auf die Wasserstoff-Herstellung durch einen so genannten APR-Prozess. Katalysatoren sind dabei die Schlüsselkomponenten. 

Nano-Katalysatoren
Horizontaler Rohrreaktor: Kohlenstoff wird aus Verbindung gelöst
Foto: Georg Pöhlein

Cleantech & Bioenergie News / Erlangen. In diesem Monat startet das europäische Forschungsprojekt SusFuelCat (Sustainable fuel production by aqueous phase reforming – understanding catalysis and hydrothermal stability of carbon supported noble metals). Die Europäische Union fördert dieses Projekt mit 3,5 Millionen Euro über die kommenden vier Jahre. Gegenstand der Forschung ist, das Verfahren bei der Erzeugung des Energieträgers Wasserstoff aus nasser Biomasse zu verbessern.

Das Projekt SusFuelCat konzentriert sich auf die Wasserstoff-Herstellung durch den Prozess des katalytischen Reformierens in wässriger Lösung (Aqueous Phase Reforming – APR), ein Verfahren, das aufgrund seiner Energieeffizienz vielversprechend ist. Die Katalysatoren sind dabei die Schlüsselkomponenten. Ihre Optimierung im APR-Prozess soll die Kosten bei der Wasserstoff-Erzeugung weiter verringern, ihre Lebensdauer verlängern und die Wasserstoffproduktivität erhöhen.

Vorteile des APR-Prozesses

Den Vorzug gegenüber klassischen Verfahren erhielt der APR-Prozess in SusFuelCat, da die Umwandlung von wässrigen oder wasserlöslichen biogenen Ausgangsstoffen in kaum verunreinigten Wasserstoff bei vergleichbar niedrigen Prozesstemperaturen und mäßigem Druck erfolgt. Weiterhin entfällt das energieintensive Trocknen der Biomasse. Beides trägt zu einer guten Energieeffizienz bei.

Zurzeit enthalten die verwendeten Katalysatoren teure Edelmetalle wie etwa Platin und Palladium, welche auf keramischen Trägern fein verteilt sind. Fokus des Projektes ist es, den Anteil der teuren Edelmetalle zu senken oder sie durch unedle Metalle zu ersetzen, ohne die Vorteile des APR-Prozesses einbüßen zu müssen. Als Träger sollen Materialien aus Kohlenstoff, beispielsweise Nanoröhrchen oder Aktivkohlen, zum Einsatz kommen, die eine höhere Langzeitstabilität versprechen und ein umweltfreundliches Recycling der Metalle erleichtern.

Die Katalysatoren sollen somit ohne Unterbrechung und Wartung lange einsatzfähig und im Hinblick auf Material und Arbeitskraft ressourcenschonend sein. Die Kombination von Computersimulationen auf molekularer Ebene, neuesten Methoden zur Kontrolle der Katalysatoreigenschaften in der Synthese, Einblick in den Prozess durch neueste Analytik und Langzeit-Experimenten beim industriellen Partner ermöglicht die Katalysatoroptimierung.

Konsortium aus Experten  der Katalyse und Biomasseverwertung

Kohlenstoff aus Karbid: Prof. Etzold vor einer Versuchsanlage.  Foto: Georg Pöhlein
Prof. Etzold vor einer Versuchsanlage.
Foto: Georg Pöhlein

In SusFuelCat hat sich ein hochkarätiges Konsortium aus sechs Forschungsinstitutionen, einer international agierenden Firma, zwei kleinen beziehungsweise mittleren Unternehmen und der Bayerischen Forschungsallianz (BayFOR) zusammengeschlossen. Die Projektpartner stammen aus Deutschland, Finnland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Russland und Spanien. Koordinator von SusFuelCat ist Prof. Bastian J. M. Etzold. Die BayFOR wirkte bereits in der Antragstellung von SusFuelCat mit und übernimmt nun das Projektmanagement und die Verbreitung der Projektergebnisse.

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