15. Mär 2019

Katalytische Reaktionssysteme stehen im Fokus des Schwerpunktprogramms ‚Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung“ (Dynakat) der DFG.

Schematische Darstellung von SPP 2028: Mit erneuerbaren Energien sollen aus Kohlendioxid und Wasser durch Elektrolyse und katalytische Umsetzung Chemikalien und Kraftstoffe hergestellt werden. ©Bild: Arbeitsgruppe Grunwaldt, KIT

Dynakat: Erneuerbare Energien chemisch speichern - welche Auswirkungen hat das schwankende Energieangebot?

(KIT) Im Schwerpunktprogramm ‚Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung‘ (SPP 2080, Dynakat) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) untersuchen zwölf grosse Forschungskonsortien, wie sich katalytische Reaktionssysteme unter solchen Bedingungen verhalten. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert das Schwerpunktprogramm.


Sonne und Wind sind neben Biomasse die wichtigsten erneuerbaren Energieträger. An wind- und sonnenreichen Tagen fällt mehr Strom an, als in die Netze eingespeist werden kann. Diese Überproduktionen aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen lassen sich in Chemikalien speichern. So kann elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung stehen, die Chemikalien können aber auch als nachhaltige Bausteine genutzt werden, um Treibstoffe oder Plattformmoleküle für die chemische Industrie herzustellen.

Katalytische Wirkung kann sich stark ändern
Für die Umwandlung von Kohlendioxid oder Wasserstoff in Speichermoleküle wie Methan, Kohlenwasserstoffe oder Alkohole sind Katalysatoren, elektrochemische Zellen und Reaktoren notwendig. Wie sich der Einfluss wechselhafter dynamischer Gegebenheiten von aussen – durch das Schwanken von Windstärke und Sonneneinstrahlung – auf die katalytischen Reaktionssysteme auswirkt, wurde bislang kaum betrachtet. „Man weiss jedoch, dass sich die Struktur fester Katalysatoren und damit ihre katalytische Wirkung mit den Reaktionsbedingungen stark ändern kann. Dies ist wissenschaftlich hochspannend“, sagt Professor Jan-Dierk Grunwaldt von den Instituten für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) sowie für Katalyseforschung und -technologie (IKFT) des KIT. Der Inhaber des Lehrstuhls für Chemische Technik und Katalyse koordiniert das DFG-Schwerpunktprogramm DynaKat, an dem neben dem KIT zahlreiche weitere renommierte Forschungseinrichtungen in ganz Deutschland beteiligt sind.

Das Kick-off-Meeting fand im Februar mit über 70 Teilnehmenden in Karlsruhe statt. Die deutschlandweit zwölf interdisziplinären, überregionalen Forschungsprojekte untergliedern sich in 34 Teilprojekte, sieben von ihnen sind am KIT verortet, das sich mit dem ITCP, dem IKFT sowie dem Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) beteiligt.

Alles wird unter die Lupe genommen
„Wir wollen Veränderungen des Materials der Katalysatoren unter dynamischen Bedingungen grundlegend verstehen und verbessern“, sagt Erisa Saraçi, wissenschaftliche Mitarbeiterin am IKFT und Mitorganisatorin des Kick-off-Meetings am KIT. Dafür werden alle beteiligten Prozesse untersucht, von den Vorgängen auf der atomaren Ebene des Katalysators bis zur räumlichen Verteilung der Stoffkonzentrationen und Temperaturen auf Reaktorebene. Für ein grundlegendes Verständnis der Prozesse und um neue Ansätze im Material- und Reaktordesign zu entwickeln, kommen klassische etablierte Experimente ebenso zum Einsatz wie neueste spektroskopische Methoden und Möglichkeiten der Modellierung.

Das Einbeziehen des wissenschaftlichen Nachwuchses spielt im DFG-Schwerpunktprogramm Dynakat eine wichtige Rolle, so steht ein Blockkurs am KIT zum Thema ‚Technologien und Ressourcen für Erneuerbare Energien: Von Wind und Solar zu Chemischen Energieträgern‘ interessierten Studierenden und Promovierenden offen. „In der Forschung kommt man ohne Netzwerke und Teamarbeit nicht voran, da die einzelnen Teildisziplinen sehr komplex sind“, sagt Sebastian Weber, Doktorand am IKFT/ITCP. Gerade für den wissenschaftlichen Nachwuchs seien der Austausch und das Zusammenbringen unterschiedlicher Expertisen wertvoll, betonen Saraçi und Weber. „Es geht darum, Kompetenzen zu bündeln und das Themengebiet deutschlandweit voranzutreiben, um darin international führend zu werden“, so Programmkoordinator Grunwaldt.

Weitere Informationen >>

Text: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)


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