Im Rahmen des Projektes PRELUDE (PRozess- und Meerwasser-ELektrolyse für eine Umweltverträgliche grüne Wasserstoffwirtschaft in DEutschland) sollen robuste elektrochemische Reaktoren entwickelt werden, die Wasserstoff aus Brauch- oder Salzwasserquellen mit grünem Strom gewinnen können. Bei der Wasserstoffherstellung soll eine Konkurrenz zu Trinkwasser vermieden werden, welches beim Stand der Technik zur Elektrolyse eingesetzt wird. Mit industriellen Abwässern zur Wasserstoffgenese werden gleichzeitig Stoffzyklen geschlossen. Die Kombination von grundlagenwissenschaftlichen und technischen Know-How des Projektverbundes vom IEK-9, RWTH Aachen, Lenzig und Covestro soll eine Brücke zwischen Wissenschaft und Industrie schlagen, um den Ausbau zu einer energieeffizienten Kreislaufwirtschaft zu unterstützten.

Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Salz- oder Brauchwasser kann die Gegenreaktion durch die Sauerstoffentwicklung realisiert werden (siehe Projekt i-NEW2), wobei Wasser gespalten wird. Andererseits kann die Gegenreaktion durch die Umsetzung von Chlorid (ein Hauptbestandteil bei den meisten salzhaltigen Verunreinigungen) zu Chlorgas erfolgen. Chlorgas ist in der Kunststoffindustrie ein wichtiges Zwischenprodukt, welches unter anderem bei Polymerisierungsreaktionen eine wichtige Rolle spielt. Beim Stand der Technik werden derzeitig zur Chlorgasgewinnung hochkonzentrierte Salzlösungen verwendet. Um Chlor aus Prozessabwässern mit niedermolaren Salzlösungen zu produzieren, werden die entsprechenden technischen und wissenschaftlichen Herausforderungen verlinkt und im Verbund gelöst. Unter anderem spielt bei niedriger Konzentration die Stoffverteilung in den elektrochemischen Zellen sowie die Langlebigkeit der Anode eine entscheidende Rolle.

Im Rahmen einer Dissertation in diesem Projektverbund wird die Wechselwirkung zwischen Ionenmigration und Diffusion grundlegend untersucht, um Reaktoren mit diesem Wissen zielgerichtet auslegen zu können. Dabei wird ein Stofftransportmodell für Elektrolyte entwickelt, bei dem die elektrodynamischen Ionen-Ionen-Wechselwirkungen berücksichtigt werden, welche für die Elektroneutralität im Elektrolyten verantwortlich sind. Das Modell wird mit den optischen Messungen von Konzentrationsgradienten in einer Kupfersulfatlösung evaluiert. Zudem soll der Einfluss der Konvektion bei fließenden Elektrolyten auf die Ionenverteilung und deren Transport untersucht werden. Mit diesen Erkenntnissen soll ein Design von Elektrolysezellen für Salz- und Brauchwasser zielgerichtet entwickelt werden, welches hinsichtlich der physikochemischen Stofftransportbedingungen optimiert ist. Dabei steht unter anderem die Vermeidung von Sauerstoffverunreinigungen im produzierten Chlorgas im Vordergrund.

Bei der Chlorgasherstellung mit niedermolaren Lösungen gilt es weiterhin den Edelmetalleinsatz an der Anode zu reduzieren, um Änderungen am Stand der Technik hinsichtlich der Elektrolyse von niedermolaren Lösungen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll durchführen zu können. Eine weitere Dissertation in dem Projektverbund beschäftigt sich mit der Anodenentwicklung, wobei hier eine zielgerichtete Weiterentwicklung der sogenannten dimensionsstabilen Anoden zur Chlorgasevolution angestrebt wird. Diese Anoden bestehen aus Titan-Ruthenium Kompositen, deren Herstellung und Mikrostruktur einen entscheidenden Einfluss auf die Langlebigkeit, Leistungsfähigkeit und den Edelmetallgehalt hat. Zunächst soll ein detailliertes Verständnis über die grundlegenden Mechanismen der Reaktion und ihr Zusammenhang zur Elektrodenstruktur aufgebaut werden. Mit diesen Erkenntnissen sollen Elektroden in industriellen Zellen gezielt verbessert werden und an die neuen Herausforderungen mit niedermolaren Elektrolyten angepasst werden. Basierend auf dem verbesserten Verständnis der technischen und physikochemischen Zusammenhänge bei der Elektrolyse von niedermolaren Salzlösungen wird im Projektverbund ein Demonstrator entwickelt, der das Potential der symbiotischen Wasserentsalzung und Wasserstoffsynthese zeigt.

assoziierte Partner

RWTH Aachen AVT – Aachener Verfahrenstechnik

Covestro Deutschland AG

Lenzig AG

FUMATECH GmbH