Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

„FormicFuel“: Immobilisierung eines selektiven heterogenen Katalysators für die kontinuierliche Ameisensäurezersetzung zum direkten Betrieb einer Brennstoffzelle

 

Im Vorhaben soll die Immobilisierung eines selektiven heterogenen Katalysators für die kontinuierliche Ameisensäurezersetzung zum direkten Betrieb einer Brennstoffzelle (BZ) erreicht werden. Ameisensäure aus regenerativen Quellen bietet die Möglichkeit als geeigneter H₂-Lieferant eine Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-BZ betreiben zu können. Für die Zersetzung der Ameisensäure zu H₂ und CO₂ ist ein geeigneter Katalysator notwendig. Der in diesem Antrag anvisierte Katalysator aus geträgertem Ruthenium auf Polytriphenylphosphin-Materialien, bietet im Vergleich zu anderen heterogenen Katalysatoren eine hohe Aktivität bei gleichzeitig hoher Standfestigkeit und einfacher Herstellung. Maßgeblich ist auch seine geringe Tendenz Kohlenmonoxid als Nebenprodukt zu bilden. In Vorversuchen wurden maximal 13ppm CO gebildet, was den direkten Betrieb einer NT-PEM-Brennstoffzelle ermöglicht. Um dies zu erreichen soll der pulverförmige Katalysator in einem porösen Glassubstrat zusätzlich immobilisiert werden und in einem Mikroreaktor verpackt werden. Teil dieses Mikroreaktors wird zusätzlich eine mikroporöse Glasmembran um den erzeugten Gasstrom vom flüssigen Reaktionsmedium abzutrennen und zu einer BZ leiten zu können. Ausgelegt wird dieser Mikroreaktor für den Betrieb einer 10 W µBZ für portable Anwendungen, die im Rahmen des Projektes mit dem erzeugten H₂ betrieben werden soll. Für eine sichere Unterbringung der Ameisensäure soll eine Kartusche verwendet werden, die einen sicheren Betrieb für Endverbraucher ermöglicht. In einem solchen System würden µBZ, Mikroreaktor und Kartusche enthalten sein.

Durch dieses Projekt wird ein Beitrag zur Lösung der Speicherproblematik in µBZ geleistet, der die Etablierung beim Endverbraucher ermöglicht.

Sowohl unter den Produzenten von Brennstoffzellen(-komponenten), Mikroreaktionstechnik oder regenerativer Ameisensäure, als auch unter den industriellen Nutzern der µBZ sind besonders viele KMU, die von den Ergebnissen profitieren werden.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Projektes ist es, die Vorteile eines selektiven heterogenen Katalysators für die Ameisensäurezersetzung vollständig ausspielen zu können und die Prozessführung zu vereinfachen, in dem der Katalysator als stationäre Phase gebunden wird. Zunächst sollte im Rahmen des Projektes die Standfestigkeit der Ru@PolyPPh3-Katalysatoren in einem kontinuierlich betriebenen Rührkessel über eine längere Versuchszeit detailliert untersucht werden, um das beste Katalysatorsystem für die weiteren Versuche zu identifizieren. Hinsichtlich einer Optimierung dieser Standfestigkeit wurden insbesondere phosphinbasierte Polymere, kovalente Triazin-Netzwerke und weitere funktionalisierte Polymere als Träger von aktiven Ir- oder Ru-Zentren vorab als potentielle Trägermaterialien identifiziert. Der Einsatz dieser Materialien war insbesondere in Kombination mit Mikro-Brennstoffzellen angedacht und hierbei sollte durch die gute Selektivität der heterogenen Katalysatoren eine direkte Kopplung von NT-PEM-Brennstoffzelle mit der Ameisensäurezersetzung ermöglichen. Im Detail war hierfür die Verwendung eines Mikro-Reaktors vorgesehen, um die eine Bedarfsgerechte Wasserstofferzeugung für Mikro-brennstoffzellen zu ermöglichen.