24.04.2013

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

"Gesalzene" Katalysatoren für die chemische Energiespeicherung

Die Speicherung von Wasserstoff in Form von Methanol ist eine vielversprechende Technik, um Überschussenergie aus Wind- und Solarkraftwerken zu nutzen. Voraussetzung ist allerdings ein leistungsfähiger Katalysator für die Rückgewinnung des Wasserstoffs. Deutsche Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt einen neuen Platin-Katalysator für diese Reaktion, das Dampfreformieren von Methanol, vor. Erfolgsgeheimnis ist eine spezielle Beschichtung aus geschmolzenen basischen Alkali-Salzen.

Ein zentrales Problem regenerativer Energietechnik besteht in der starken Schwankung der Stromerzeugung. Leider ist eine Energieproduktion auf Vorrat durch Wind und Sonne im großen Stil noch nicht möglich. Eine interessante Möglichkeit bietet hier eine Methanol-basierte Wasserstoffspeicherung: Überschüssiger Strom kann für eine Wasser-Elektrolyse verwendet werden. Der entstehende Wasserstoff wird dann mit Kohlendioxid zu Methanol und Wasser umgesetzt und so in Form einer Flüssigkeit gespeichert. Aus Methanol lässt sich der Wasserstoff zu einem späteren Zeitpunkt, zum Beispiel zum Betrieb einer Brennstoffzelle, wieder freisetzen.

Dies geschieht durch das Dampfreformieren von Methanol, das im Prinzip eine Umkehrung der Methanol-Bildungsreaktion darstellt. Die Bildung von Kohlenmonoxid, ist dabei zu vermeiden, weil selbst Spuren von CO den Katalysator der Brennstoffzellen vergiften würden. Damit die Reaktion auch dezentral in kleineren Reaktoren bei möglichst niedriger Temperatur effektiv und selektiv ablaufen kann, werden dringend verbesserte Katalysatoren benötigt.

Das Team um Peter Wasserscheid und Jörg Libuda von der Universität Erlangen-Nürnberg hat jetzt einen solchen verbesserten Katalysator entwickelt. Es handelt sich dabei um Platin-Nanopartikel, die auf einem Träger aus Aluminiumoxid aufgebracht sind. Der entscheidende Kniff: Die Oberfläche ist mit einem dünnen Film aus basischen Salzen, einer Mischung aus Lithium-, Kalium- und Caesiumacetat, beschichtet. Flüssige Salze haben einen extrem geringen Dampfdruck, sodass sie auch bei den Bedingungen einer kontinuierlichen Reaktion in der Gasphase auf der Katalysatoroberfläche verbleiben.

Die Salzbeschichtung ist so wirksam, weil darin zum einen die Löslichkeit für den gebildeten Wasserstoff sehr gering ist und er daher rasch aus der Reaktionszone entfernt wird. Zum anderen ist das Salz hygroskopisch - d.h. es zieht Wasser an - und stellt damit Wasser, das für die Reaktion gebraucht wird, an den aktiven Stellen des Katalysators zur Verfügung. Die Alkali-Ionen sorgen zudem für eine stärkere Bindung der Reaktanten, während die basischen Eigenschaften des Salzes die Selektivität für CO2 erhöhen.

Im Vergleich zum unbeschichteten Material zeigte der beschichtete Katalysator eine deutlich höhere katalytische Aktivität sowie eine sehr deutliche Verbesserung der Selektivität zu Kohlendioxid auf über 99 %.

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