Wasseraktivierung auf ausgewählten Gruppe 8-12 Katalysatoren

In der heutigen Zeit sind Umwelt- und Energieprobleme eine unserer größten Herausforderungen. Auf der einen Seite steigt der Energieverbrauch von Jahr zu Jahr, wobei unsere fossilen Energiereserven nur begrenzt sind, auf der anderen Seite verursacht der Verbrauch fossiler Energieträger Millionen Tonnen CO2 welches mitverantwortlich für die globale Erwärmung ist. Daher ist es wichtig neue saubere, nachhaltige Energieressourcen zu finden. Eine Erfolgversprechende und Umweltfreundliche Variante ist die Produktion von Elektrizität mittels Brennstoffzellen. Diese benötigen Wasserstoff welcher jedoch in Reinform sehr schwierig zu speichern und transportieren ist. Eine Alternative ist die Dampfreformierung von Alkoholen und Kohlenwasserstoffen direkt vor Ort wodurch die angesprochenen Probleme mit reinem Wasserstoff umgangen werden. Bei der Dampfreformierung entstehen nicht nur Wasserstoff sondern auch andere Produkte wie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Wird der gebildete Wasserstoff für Brennstoffzellen verwendet muss die Bildung von Kohlenmonoxid minimiert werden. Das Limit liegt bei 10 ppm da ansonsten die Anode der Brennstoffzelle vergiftet wird. Dies zeigt wie wichtig die Effizienz des Katalysators ist. Ein idealer Katalysator ist hochaktiv um eine größtmögliche Menge Wasserstoffmenge zu generieren, gleichzeitig selektiv um die Bildung von Kohlenmonoxid zu minimieren oder ganz zu unterdrücken und stabil über eine lange Laufzeit. Meine momentane Arbeit beschäftig sich mit der Methanol Dampfreformierung auf verschiedenen Katalysatoren (PdZn, PdGa, CuZn, ...). Während meiner Forschungsarbeit war eine der wichtigsten Erkenntnisse, dass die Fähigkeit der Wasseraktivierung des Katalysators eine Schlüsselrolle bei der Selektivität und Aktivität des Katalysators spielt. Nur wenn Das Wasser vom Katalysator oder Trägermaterial während der Dampfreformierung aktiviert/gespalten wird, steht Sauerstoff zur Oxidation des Kohlenstoffs bis zum CO2 zu Verfügung. Ansonsten läuft nur eine Dehydrogenierungsreaktion zum CO ab. Dies zeigt klar wie wichtig die Wasseraktivierungs/spaltungs Fähigkeit des Katalysators bzw. Trägermaterials ist. Bisher gibt es, bis auf einige theoretische Berechnungen einiger Arbeitsgruppen, noch keine intensiven praktischen Forschungsarbeiten zur Wasseraktivierung/spaltung auf Gruppe 8-12 Katalysatoren (Ausnahme Kupfer). Dies ist der Grund wieso es so wichtig ist das Augenmerk zukünftig auf das Thema der Wasseraktivierung/spaltung unter realistischen Bedingungen (>298 K und im mbar Bereich) zu richten. Synchrotron basiertes XPS mit seinem hohen Auflösungsvermögen ermöglicht es genau zwischen H2O(ads), OH(ads) and O(ads) Spezies zu unterscheiden. Die Advanced Light Source (Synchrotron) des Lawrence Berkeley National Laboratory und die Expertise von Dr. Hendrik Bluhm schaffen den idealen Rahmen für die Durchführung dieser Arbeit. Das Projektziel ist es neues Wissen zur Wasseraktivierung/spaltung zu generieren um ein besseres Verständnis der Aktivität und Selektivität der Dampfreformierkatalysatoren zu ermöglichen. Dieses Wissen soll zukünftige Optimierungen der Katalysatoren erleichtern.