Projekttitel:
Neue Zellkombination aus Diamantelektrode und Sauerstoffverzehrkathode (ZellCoDia)
Laufzeit:
01.04.2017 - 28.02.2021
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Kurzbeschreibung:
Neuartige Elektrolysezelle zur sicheren Überführung von Strom in chemische Wertprodukte
Bei der Herstellung ihrer Produkte setzt die Chemische Industrie meist auf klassische Synthesewege. Elektrochemische Prozesse, also die direkte Umwandlung der Ausgangsstoffe in die Produkte durch die Einwirkung von elektrischem Strom, sind noch immer die Ausnahme, obwohl sie entscheidende Vorteile haben: Der Einsatz spezieller Chemikalien (Oxidations- oder Reduktionsmittel), deren Folgeprodukte nach der chemischen Reaktion wieder abgetrennt werden müssen, ist nicht mehr nötig. Elektrochemische Prozesse können über weniger Zwischenprodukte zum gewünschten Produkt führen und somit im Hinblick auf Ressourcenverbrauch umweltfreundlicher, energiesparender und kostengünstiger sein. Der elektrische Strom und die Spannung sind Größen, mit denen die elektrochemische Reaktion in einfacher Weise gesteuert werden kann. Etablierte großtechnische Anwendungsbeispiele für bedeutende elektrochemische Prozesse sind die Herstellung von Chlor und Natronlauge, von Aluminium sowie die Galvanotechnik zur Veredlung von Oberflächen.
Die etablierten Syntheseverfahren (organische und anorganische Synthese) galten bislang im Vergleich zur elektrochemischen Synthese als besser beherrschbar. Dies liegt zum einen an der meist geringen Erfahrung der Chemiker und Ingenieure mit elektrochemischen Prozessen und zum andern am sehr geringen Angebot kommerzieller elektrochemischer Reaktoren. An diesem Punkt setzt das Verbundprojekt an, indem es einen Basisreaktor für elektrochemische Synthesen entwickelt, der mit geringem Aufwand an die jeweils gewünschte Synthese angepasst werden kann. Die Besonderheit dieses Reaktors liegt in der bisher noch nicht realisierten Kombination einer Gasdiffusions-Elektrode (Kathode) mit einer bordotierten Diamant-Elektrode (Anode).
Die Vorteile der beiden Elektroden sind: An der neuartigen Diamant-Elektrode laufen elektrochemische Reaktionen ab, die an konventionellen Elektroden nicht durchführbar sind. An negativ gepolten Elektroden (Kathode) kommt es bei vielen Prozessen zur Zersetzung des Wassers unter Bildung von Wasserstoff, der mit Sauerstoff aus der Luft explosive Gemische bilden kann. An der Gasdiffusions-Elektrode wird in der Regel aus Sauerstoff Wasser (Sauerstoffverzehrkathode) anstelle von Wasserstoff gebildet. Somit entfallen entsprechende Sicherheitsvorkehrungen. Je nach Anwendung werden sowohl die an der Anode als auch an der Kathode gebildeten Produkte verwertet (sog. 200%-Reaktion). Der innovative Ansatz in diesem Projekt ist, die Vorteile in der Verwendung der Diamant-Elektrode mit den Vorteilen der Gasdiffusions-Elektrode zu kombinieren und dies an ausgewählten Beispielen der Synthese organischer Moleküle zu demonstrieren. Damit wird die Basis geschaffen, elektrochemische Verfahren, z.B. für elektrochemische Synthesen zu erforschen, zu entwickeln und zu kommerzialisieren.
Beteiligte Forschungsstellen und deren Aufgaben:
Covestro Deutschland AG, Leverkusen (Verbundkoordinator)
Aufgabe:
Sauerstoffverzehrkathode und organische Synthese
Kontakt:
Jürgen Kintrup
Covestro Deutschland AG
51365 Leverkusen
Tel: +49 214 6009 6244
E-Mail: juergen.kintrup@covestro.com
Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH, Eilenburg
Aufgabe:
Anlagenkonzept und Zellenbau
Kontakt:
Dr. Hans-Jürgen Förster
Tel: +49 3423 706390-0
E-Mail: hjf@eut-eilenburg.de
CONDIAS GmbH, Itzehohe
Aufgabe:
Bordotierte Diamantelektrode
Kontakt:
Rieke Neuber
Tel: +49 4821 804087-0
E-Mail: neuber@condias.de
DECHEMA Forschungsinstitut, Frankfurt a.M.
Aufgabe:
Peressigsäuresynthese
Kontakt:
Dr. Klaus-Michael Mangold
Tel: +49 69 7564-327
E-Mail: mangold@dechema.de
Johannes Gutenberg Universität Mainz
Aufgabe:
Elektroorganische Synthese
Kontakt:
Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel
Tel: +49 6131 39-26069
E-Mail: waldvogel@uni-mainz.de
