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Projekt
Wissensbasiertes Design dynamisch agierender Methanisierungskatalysatoren und deren Anwendung zur Vermeidung irreversibler Katalyatordesaktivierung
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Tanja Franken; Professor Dr.-Ing. Hannsjörg Freund; Dr.-Ing. Michael Rubin
Fachliche Zuordnung
Technische Chemie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406911435
Ziel dieses Projekts ist es, eine ganzheitliche und dennoch mathematisch handhabbare Beschreibung der Methanisierungsreaktion unter schwankenden und potentiell desaktivierenden Bedingungen zu erarbeiten und dabei auch die erzwungenen Änderungen des Katalysators zu berücksichtigen. Dies wird für zwei unterschiedliche Katalysatorsysteme verfolgt: dem industriellen Methanisierungs-Referenzkatalysator (IMRC) des SPP und dem neuartigen „dynamic responsive“ Methanisierungskatalysator (DRM), welcher das Potential besitzt, die irreversible Desaktivierung konventioneller Ni-basierter Katalysatoren zu umgehen. Dafür vereinigt dieses Projekt die Synthese, Charakterisierung und Beschreibung spinellbasierter DRM Katalysatoren, deren optimierbare Reduzierbarkeit es ermöglicht, dass dieser auf extern induzierte Änderungen mit der Bildung und Reintegration aktiver Ni-Partikel reagiert.Die Methoden und Ergebnisse aus der Förderphase I zu dem Ni/Al2O3-basierten IMRC werden in der Phase II auf das DRM Katalysatorsystem ausgeweitet. Dafür werden zwei spezielle experimentelle Aufbauten aus Phase I angewendet: neben dem Teststand für örtlich aufgelöste operando DRIFTS Messungen zur Analyse von adsorbierten Spezies auf der Katalysatoroberfläche dient ein Aufbau für die kinetischen Messungen zur Untersuchung und Validierung dynamischer kinetischer Modelle, welche die Änderungen der aktiven Zentren (Desaktivierung bzw. Aktivierung) während des dynamischen Betriebs berücksichtigen.Im Projekt wird ein neuartiger DRM Katalysator synthetisiert und katalytisch in einem speziellen experimentellen Aufbau untersucht, welcher hochgradig schwankende Reaktionsbedingungen durch schnellen Wechsel der Gaszusammensetzung erlaubt. Umfangreiche Charakterisierung eines idealen DRM Katalysators mittels ex situ, in situ und operando Methoden innerhalb dieses Projektteams und über weitere Kooperationen im SPP2080-Konsortium wird es ermöglichen, ein Modell zur Feststoffkinetik aufzustellen. Somit werden im Projekt verschiedene kinetische Modelle unterschiedlicher Komplexität etabliert: neben den dynamischen kinetischen Modellen, die auch Oberflächenspezies für die Reaktionsbeschreibung berücksichtigen, wird das der Feststoffkinetik zugrundeliegende Modell um Mechanismen der Katalysatordesaktivierung und –regeneration erweitert. Basierend darauf werden Optimierungsstrategien entwickelt, welche in optimale Betriebsszenarien münden, die sowohl hohe Methanausbeuten als auch hohe Katalysatorstandzeiten ermöglichen.Die enge Kooperation der Antragssteller innerhalb dieses Konsortiums mit Expertise in den Bereichen „operando/Spektroskopie“ (A), „kinetische Modellierung“ (C), „zielgerichtetes Materialdesign“ (D) und „Reaktorkonzepte“ (E) trägt nicht nur dazu bei Katalysatoren unter dynamischen Bedingungen zu verstehen und zu beschreiben, sondern unterstützt auch die neuartigen Ansätze unerwünschte Schwankungen zu nutzen, um die Langzeitstabilität von Katalysatoren zu erhöhen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
