Zeit- und ortsaufelöste in operando Analysen ...

Projektbeschreibung

Im Kontext der Energiewende sind Power-to-X Prozesse eine vielversprechende Option um die fluktuierend bereitstehenden erneuerbaren Energien in chemischen Energieträgern zu speichern, transportieren und stofflich nutzbar zu machen. Diese zeitliche Unstetigkeit setzt sich dabei jedoch über die Wasserelektrolyse fort bis zu den nachgelagerten Konversionsprozessen, bei denen der gewonnene Wasserstoff mit z.B. CO2 in flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden kann. Diese Fluktuation stellt die Prozess- und Reaktionstechnik daher vor gänzlich neue Herausforderungen. Um die Stoffwandlungsprozesse ökonomisch und ökologisch sinnvoll gestalten zu können ist eine exakte Beschreibung der beteiligten chemischen Reaktionen auch unter den dynamischen und gegebenenfalls desaktivierenden Betriebsbedingungen elementar. In der gängigen Literatur wird bis dato meist auf stationäre Kinetiken zurückgegriffen, was das jeweils betrachtete Reaktionssystem zwar qualitativ zu beschreiben vermag, quantitative, übertragbare und prädiktive Ergebnisse jedoch aufgrund fehlender physikalisch-chemischer Grundlagen nicht zulässt.

Dieses Projekt setzt genau an diesem Punkt an und zielt darauf ab, die CO2 Methanisierung unter dynamischen Bedingungen in einem Modellreaktor mittels zeit- und ortsaufgelöster in operando Analysemethoden zu untersuchen und über kinetische Modelle auch im transienten Betrieb beschreibbar zu machen. Für diese Untersuchungen kommt im Projekt ein Modellreaktor zum Einsatz, mit dem es möglich ist entlang der Reaktorachse über Zapfstellen die Gasphasenzusammensetzung und damit den Reaktionsfortschritt zu analysieren und simultan die adsorbierten Spezies auf der Katalysatoroberfläche spektroskopisch zu identifizieren. Der Katalysator wird dabei in Form von beschichteten Mikrokanälen integriert werden, um wohldefinierte Verhältnisse zu ermöglichen. Die gewonnenen Daten aus dem stationären und instationären Betrieb des Modellreaktors dienen dazu ausgehend vom stationären Betrieb unter idealen Reaktionsbedingungen schrittweise ein kinetisches Modell zu entwickeln, das ein tiefergehendes Verständnis für die Vorgänge auf Katalysator- und Reaktorebene auch im dynamischen Betrieb erlaubt.

Link zum Schwerpunktprogramm SPP2080