Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dezentral Wasserstoffperoxid herstellen – mit Überschussstrom

30.05.2016

Um Stromspitzen bei der regenerativen Energiewandlung aus Wind oder Sonne auszugleichen, kann Überschussstrom auch für die dezentrale Herstellung von Chemikalien genutzt werden. Das Fraunhofer IGB hat eine Elektrolysezelle entwickelt, in der sich mit elektrischer Energie nur aus Wasser und Luft Wasserstoffperoxid herstellen lässt. Eine mögliche Anwendung der Wasserstoffperoxid-Synthese direkt vor Ort ist die oxidative Abwasserreinigung. Vom 30. Mai bis 3. Juni 2016 stellen die Forscher das Verfahren auf der Messe IFAT in München vor.

Holzfarbiger Zellstoff, aus dem weißes Papier werden soll, störende Zahnverfärbungen oder die Desinfektion von Arbeitsflächen in Krankenhäusern und Anlagen in der Lebensmittelproduktion: Wegen seiner stark oxidierenden und zelltoxischen Wirkung wird Wasserstoffperoxid in vielen technischen Bereichen, in der Kosmetik und Medizin als Bleich- und Desinfektionsmittel eingesetzt. Auch in der oxidativen Wasseraufbereitung hat sich Wasserstoffperoxid etabliert. Unter Einwirkung von UV-Licht entstehen hierbei aus Wasserstoffperoxid Hydroxyl-Radikale, die biologisch nur schwer abbaubare organische Moleküle zerstören.


Nur aus Luft und Wasser stellen Fraunhofer-Forscher in dieser elektrolytischen Zelle mit Strom Wasserstoffperoxid für den dezentralen Einsatz her.

Fraunhofer IGB

Zumeist wird Wasserstoffperoxid großtechnisch in zentralen Chemieanlagen produziert, in der Regel aus Sauerstoff und Wasserstoff und mit einem Katalysator aus teurem Platin. Da sich Wasserstoffperoxid in hochkonzentrierten Lösungen spontan zersetzen und explodieren kann, ist sein Transport nur als Gefahrstoff und unter großen Sicherheitsvorkehrungen möglich. Dies treibt die Transportkosten in die Höhe.

Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB hat ein neuartiges technisches Konzept entwickelt und realisiert, mit dem Wasserstoffperoxid dezentral und bedarfsorientiert in einer elektrochemischen Zelle, das heißt allein mit Strom, erzeugt wird – nur aus Luft und Wasser. Im Zuge der Energiewende steht immer wieder Überschussstrom aus der regenerativen Energieerzeugung zur Verfügung. Die elektrolytische Herstellung von Chemikalien wird hiermit nicht nur wirtschaftlich, sondern stellt – neben der Stromspeicherung – auch einen sinnvollen Verwertungspfad zum Ausgleich von Stromspitzen dar.
Flexible Synthese in Elektrolysezelle

Kernstück der Entwicklung ist eine flache Elektrolysezelle. Fließt ein elektrischer Strom, wird an der Anode Wasser oxidiert, wobei Protonen entstehen und der pH-Wert sinkt. An der Kathode, einer Gasdiffusionselektrode, die beispielsweise auch in Brennstoffzellen verwendet wird, wird zugleich Luftsauerstoff reduziert. Hierbei werden die Protonen verbraucht und Wasserstoffperoxid entsteht.

In einem ersten Demonstrator mit 100 Quadratzentimetern Elektrodenfläche erreichten die Forscher bei Zufuhr von reinem Sauerstoff Konzentrationen von mehr als 400 Milligramm Wasserstoffperoxid pro Liter, beim Betrieb mit Umgebungsluft als Sauerstoffquelle Konzentrationen von 50 Milligramm Wasserstoffperoxid pro Liter – bei einem Energiebedarf von 10 kWh/kg H2O2. »Mittlerweile haben wir das System weiter optimiert. So konnten wir die Ausbeute beim Betrieb mit Luft von 50 Milligramm auf 1200 Milligramm Wasserstoffperoxid pro Liter erhöhen und damit den gleichen Umsatz erreichen wie beim Betrieb mit reinem Sauerstoff«, resümiert Dr. Thomas Scherer, Gruppenleiter am Fraunhofer IGB.

»Unser System funktioniert nicht nur dezentral, sondern praktisch ohne Einsatz von Chemikalien. Zudem können wir Wasserstoffperoxid extrem flexibel gewinnen: Wenn kein Überschussstrom zur Verfügung steht, schalte ich die Elektrolysezelle einfach aus«, so Scherer. »Nicht direkt benötigtes Wasserstoffperoxid kann in einem Puffertank gelagert und nach Bedarf entnommen werden.«
Modularer und skalierbarer Prototyp

Die neue Elektrolysezelle wird als Durchflusszelle betrieben. Für die Übertragung auf einen industrierelevanten Maßstab kann sie mit weiteren Zellen parallel oder in Reihe geschaltet werden. »Zudem kann man einzelne Elektrolysezellen zu einem Stapel schalten, wie etwa in Brennstoffzellen-Stacks. Solche Anlagen lassen sich dann technisch auslegen und auf den jeweiligen Bedarf an Wasserstoffperoxid einstellen«, erläutert Scherer die Möglichkeiten der Skalierung.

Für weitere anwendungsspezifische Entwicklungen und Optimierungen können die Prozessparameter eingestellt und Teilkomponenten im Demonstrator, wie die Gasdiffusionselektrode, leicht ausgetauscht werden. Durch Änderung von Temperatur, Stromdichte, Volumenstrom und Zusammensetzung der Lösung lassen sich beispielsweise der pH-Wert und die Konzentration der Lösung gezielt anpassen.
Erprobter Einsatz in der Wasserreinigung

Die dezentrale elektrolytische Erzeugung von Wasserstoffperoxid konnte bereits erfolgreich in der Wasseraufbereitung demonstriert werden. In einem von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekt wurde die oxidative Behandlung mit vor Ort erzeugtem Wasserstoffperoxid mit einer adsorptiven Entfernung von Schadstoffen aus Deponiesickerwasser in einem Schritt kombiniert.

Als nächstes wollen die Forscher industrielle Anwendungen erschließen, bei denen jeweils nur kleine Verbrauchsmengen benötigt werden, wie etwa die Hygienisierung von Anlagen und Maschinen in der Lebensmittelindustrie oder die Oberflächendesinfektion in Krankenhäusern. Hierfür suchen die Forscher noch interessierte Partner zur Vermarktung.

Auf der IFAT vom 30. Mai bis 3. Juni 2016 in München stellen die Forscher die Zelle am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle A5, Stand 217/316 vor.

Weitere Informationen:

http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2016/dezentral...

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik