Die Suche nach zuverlässigen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in der Methanol-Dampfreformierung

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Armbrüster
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313854401

Die Methanol-Dampfreformierungsreaktion, also die Gewinnung von Wasserstoff und Kohlendioxid aus Methanol und Wasser ist eine der momentan erfolgversprechendsten heterogen katalysierten chemischen Reaktionen für mobile Wasserstoffspeicheranwendungen. Ihr besonderer Vorteil liegt dabei vor allem im hohen Wasserstoff-zu-Kohlenstoffverhältnis (3:1), das sich bei richtiger, CO2-selektiver Reaktionsführung einstellt. Für diese stehen eine Reihe bereits gut charakterisierter Katalysatoren zur Verfügung, wie zum Beispiel das technologisch eingesetzte Kupfer-Zinkoxid oder verschiedene intermetallische Verbindungen auf Palladium-Basis. Nichtsdestoweniger sind die Probleme bei deren Verwendung nicht zur Gänze gelöst: so neigen Kupfer-Zinkoxid-Katalysatoren stark zu Sintereffekten und damit zum Verlust katalytisch aktiver Oberfläche bei Katalysatoraktivierung oder auch während der eigentlichen Reaktion. Bei den intermetallischen Verbindungen auf Palladium-Basis, vor allem ZnPd, handelt es sich um hochdynamische Systeme, deren Struktur sich bei Verwendung stark verändert. Dies führt aufgrund der Dynamik zur Schwierigkeit der Identifizierung des katalytisch aktiven Zentrums. Die im Projekt "Die Suche nach verlässlichen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in der Methanol-Dampfreformierung" anvisierten Kupfer-Katalysatoren auf Zirkonoxid-Basis weisen bei gleicher Selektivität und teilweise mehrfach höheren Aktivitäten aufgrund der vergleichsweise ausgeprägten chemischen Trägheit des Zirkonoxids eine vergleichsweise hohe chemische und strukturelle Stabilität auf. Damit wird aufgrund der fehlenden strukturellen Dynamik die Bestimmung und Charakterisierung der chemische Natur der aktiven Katalysatorplätze entscheidend erleichtert. Zur Erfüllung dieses Ziels ist die Beschreitung komplementäre Syntheseansätze genauso notwendig wie die strukturelle und chemische Charakterisierung unter Reaktionsbedingungen. Damit wird es möglich, die Struktur und Chemie der beteiligten Komponenten Kupfer und Zirkonoxid so zu optimieren, dass ein Katalysator mit entsprechend höherer Aktivität und Selektivität bei gleichzeitig strukturell stabilem katalytisch aktivem Zentrum resultiert. Somit wird die Erstellung verlässlicher Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in der Methanol-Dampfreformierung ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Simon Penner