Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 05/2024 - 04/2027 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundeministerium für Bildung und Forschung (BMBF) |
| Kooperationspartner: |
|
| Projektfokus: |       |
AmmoCatCoat
Ammoniak-Reformierung mit elektrisch beheizten Katalysatorträgern, die mit Kohlenstoffmaterialien auf Biomassebasis beschichtet sind
Im Forschungsprojekt »AmmoCatCoat« erforscht das Fraunhofer ISE mit Partnern aus der Industrie und Forschung Katalysatoren mit neuartigen biomassebasierten Kohlenstoffmaterialien als Ruthenium-Trägermaterial für eine effizientere, nachhaltigere und kostengünstigere Wasserstofferzeugung aus Ammoniak. Die Aktivität von Katalysatoren wird besonders bei niedrigen Prozesstemperaturen evaluiert. Gleichzeitig werden die Kohlenstoffmaterialien so angepasst, dass konventionelle Beschichtungsmethoden verwendet werden können, um zukünftig elektrisch beheizbare Katalysatorträger einsetzen zu können.
Grüner Wasserstoff als Energieträger spielt eine herausragende Rolle in der Energiewende. Zum Transport kann Wasserstoff in Form von Ammoniak chemisch gespeichert werden. Ammoniak ist als kohlenstofffreier Energieträger, der leicht verflüssigt werden kann, eine effiziente und kostengünstige Transportoption, unter anderem weil die Schiffs- und Hafeninfrastruktur für den Transport industrieller Mengen bereits vorhanden ist. Im Zielland angekommen, kann Wasserstoff im sogenannten „Ammoniak Cracking“ Prozess wieder freigesetzt werden.
Schema eines mit Kohlenstoff beschichteten, beheizbaren Katalysatorträgers mit der Möglichkeit des direkten Wärmeeintrags.
Das »AmmoCatCoat«-Konsortium, bestehend aus Vertreterinnen und Vertretern von Heraeus Precious Metals, Purem, Pyreg (online vertreten, daher nicht im Bild), Universität Kiel, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) und des Fraunhofer ISE beim Kick-Off am 11. Juni 2024.
Das Fraunhofer ISE leitet die folgenden Arbeitspakte:
Synthese von biomassebasierten Kohlenstoffmaterialien als Trägermaterial von Ruthenium
Um besonders effiziente Reaktionen zu erzielen, werden auf Biomasse basierte Kohlenstoffmaterialien als Trägermaterial für Ruthenium untersucht. Als Ausgangsmaterial können natürliche Polymere aus Pflanzen, Holz, Algen oder Abfallprodukten aus der Landwirtschaft oder Schalentieren verwendet werden. Die Verwendung von Biomasse verringert die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffimporten und ermöglicht die Diversifizierung von Lieferketten. Die Energieversorgungssicherheit würde gestärkt, und durch die Verwendung nachhaltiger Biomasse kann CO₂ aus der Erdatmosphäre entfernt werden.
Ein wichtiges Kriterium für die Materialien ist die Widerstandsfähigkeit gegen das korrosive Medium Ammoniak auch bei hohen Temperaturen. Gleichzeitig muss das Trägermaterial die Reaktanten zu den aktiven Rutheniumzentren leiten. Durch die Variation von Parametern wie Reaktionszeit und -temperatur, sowie die Variation der Abfolge von Prozessen optimiert das Fraunhofer ISE diese Eigenschaften.
Katalysatorherstellung und -untersuchungen für Ammoniak Cracking Prozesse
Die Schwerpunkte in diesem Arbeitspaket liegen in der Erörterung einer geeigneten Methode für die Metalldeposition und die daraus resultierende, skalierbare Katalysatorsyntheserezeptur. Die Untersuchung des Einflusses des Rutheniums auf die Stabilität des Kohlenstoffmaterials ist eine wichtige Grundlage für anschließende Aktivitätsmessungen.
Beschichtungsmethoden mit biomassebasierten Kohlenstoffmaterialien
Beschichtungsverfahren mit edelmetallhaltigen Keramikwashcoats sind sowohl für Abgasnachbehandlungssysteme, aber auch für elektrisch beheizbare Katalysatoren Stand der Technik. Die Herausforderung im Projekt » AmmoCatCoat« besteht darin, die Katalysatoren mit Washcoats auf Kohlenstoffbasis zu beschichten. Das Fraunhofer ISE untersucht hierbei, inwieweit bestehende Verarbeitungsprozesse und Beschichtungsverfahren angepasst werden können oder ob völlig neue Herstellungsmethoden erforderlich sind, um den grundlegend anderen Materialeigenschaften von Kohlenstoff im Vergleich zu klassischen Beschichtungen (z. B. Staubexplosionsgefahr) Rechnung zu tragen.
Die Methoden sollen anschließend unter real-technischen Bedingungen im Technikumsmaßstab demonstriert werden. Technische Bewertungen zur Skalierung der Produktion der Kohlenstoffmaterialien, der Beschichtungsverfahren und ein Verfahrenskonzept runden das Projekt ab, um den industriellen Einsatz vorzubereiten.
Das Projekt »AmmoCatCoat« hat ein Gesamtvolumen von rund 2 Mio. EUR, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Material-Hub-Initiative und des Förderschwerpunkts „Ressourcensouveränität durch Materialinnovationen Modul 1 - Materialien für Prozesseffizienz“ gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Förderkennzeichen: 03XP0613F