Katalysator für Brennstoffzellen

Projektstart: Scale-up und Formgebung von Katalysatoren für Brennstoffzellen

Katalysatoren sind unverzichtbare Bestandteile für Brennstoffzellensysteme. Das Fraunhofer UMSICHT und der Brennstoffzellenproduzent GenCell haben ein Projekt gestartet, um größere Mengen eines neuartigen Katalysators für Praxistests in Brennstoffzellen herzustellen. Der Katalysator könne effizient Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff umwandeln, heißt es in einer Instituts-Pressemeldung vom 09.04.2019.

Brennstoffzellen zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und kompakte Bauweise aus. Sie sind deshalb für den Einsatz in der netzunabhängigen Stromversorgung oder als Notstromaggregate prädestiniert. Die alkalischen Brennstoffzellensysteme des israelischen Herstellers GenCell nutzen Wasserstoff und Sauerstoff, um elektrischen Strom bereitzustellen, wobei Wasser als Reaktionsprodukt entsteht. Zur Sicherstellung der Wasserstoffversorgung dient dabei Ammoniak – eine wasserstoffhaltige Verbindung, die vergleichsweise einfach gespeichert und transportiert werden kann. Das Ammoniak wird am Standort der Brennstoffzelle durch eine katalytische Reaktion zersetzt, und das entstandene Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff direkt in die Brennstoffzelle eingespeist.

2-l-Präparationanlage beim Fraunhofer UMSICHT für ein erstes Scale- von Katalysatorsynthesen – Foto © Fraunhofer UMSICHT

Neuer Katalysator zur Ammoniakzersetzung

In einem gemeinsamen Projekt mit GenCell wurde in der Arbeitsgruppe »Materialien und Katalyse« von Prof. Malte Behrens an der Universität Duisburg-Essen ein neuartiger, effizienter Katalysator zur Ammoniakzersetzung im Labormaßstab erfolgreich synthetisiert und getestet. Es folgt nun der nächste Schritt, ein Praxistest des Katalysators unter technischen Bedingungen.

Für den Praxistest führt das Fraunhofer UMSICHT ein Scale-up der Katalysatorsynthese durch, um anschließend Katalysatorformkörper herzustellen. Die Abmessungen des Formkörpers werden an die Dimensionen des technischen Reaktors, in dem die Ammoniakzersetzung stattfindet, angepasst.

“Das Scale-up der Katalysatorsynthese wird in einer temperierbaren 20-l-Präparationsanlage durchgeführt, die es ermöglicht, den Katalysator im Kilogramm-Maßstab herzustellen”, erklärt Heiko Lohmann aus der Abteilung Chemische Energiespeicher beim Fraunhofer UMSICHT.

Die so produzierte Katalysatormenge wird mittels eines Extruders zu den gewünschten Formkörpern verarbeitet, wobei eine speziell angefertigte Matrize zum Einsatz kommt. Mit dem Extruder können pro Stunde bis zu 2 kg Katalysatorformkörper hergestellt werden.

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