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Chemischer Stromspeicher Überschussstrom sinnvoll als Rohstoff nutzen

| Autor/ Redakteur: Stefan Tröster* / Christian Lüttmann

Stromerzeugung aus Wind- oder Solarkraft ist ein nachhaltiger Weg der Energieerzeugung. Der Nachteil sind die starken Leistungsschwankungen. Um Überproduktionen aus Spitzenzeiten sinnvoll zu nutzen, kann der Strom zur Synthese chemischer Rohstoffe wie Wasserstoffperoxid genutzt werden. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) forscht an neuen Wegen für diesen Prozess.

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Elektrochemischer Wassersoffperoxid-Synthese-Stack
Elektrochemischer Wassersoffperoxid-Synthese-Stack
(Bild: Fraunhofer ICT)

München – Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine wichtige Chemikalie in chemischen Großprozessen und damit sehr interessant für eine Vielzahl von Anwendungen. Zum Beispiel wird es als umweltschonende Wasserreinigung zur Trinkwasseraufbereitung in Krisengebieten eingesetzt. Auch zur Abwasserreinigung in Krankenhäusern und Kläranlagen oder als Waschmittelzusatz in der Textilreinigung zum Bleichen, Aufhellen und zur Fleckenentfernung findet es Verwendung.

Das Fraunhofer ICT befasst sich im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojektes „Strom als Rohstoff“ mit der Entwicklung und Verbesserung der elektrochemischen Herstellung von Wasserstoffperoxid. Ein Ziel des Leitprojektes ist dabei die Verwertung von Strom aus erneuerbaren Quellen zur Gewinnung wichtiger Chemikalien jenseits des Wasserstoffs.

Vorteile dezentraler Produktion

Derzeit wird Wasserstoffperoxid überwiegend großtechnisch im so genannten Anthrachinon-Verfahren hergestellt. Das bedeutet, es wird nur an vergleichsweise wenigen Zentral-Punkten weltweit produziert. Einen alternativen Herstellungsweg bietet die elektrochemische Generierung, welche eine dezentrale und skalierbare vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoffperoxid ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass Überschussstrom dezentral genutzt werden kann. Und auch die Transportrisiken für das ätzende H2O2 werden minimiert, weil die Chemikalie durch das neue Verfahren bedarfsgerecht elektrochemisch hergestellt werden kann.

Die Herstellung des Wasserstoffperoxids erfolgt dabei durch partielle Reduktion von Luftsauerstoff, wobei als Rohstoffe bzw. Ausgangsmaterialien neben elektrischem Strom und Luftsauerstoff nur Wasser eingesetzt wird. Letzteres ist auch das einzig mögliche Nebenprodukt. Im Prozess wurden bereits Stromausbeuten bis 63% demonstriert.

Für die weitere Nutzung des erzeugten H2O2 ist dessen Konzentration maßgeblich. Die bisherigen Ergebnisse weisen darauf hin, dass Konzentrationen bis ca. 0,5 Gewichtsprozent direkt elektrochemisch erreicht werden können, was ca. 5000 mg/L oder rund 2650 ppm entspricht. Dies reicht für viele Anwendungen bereits aus, z.B. in der Abwasserreinigung mittels Femton-Prozess. Für höhere Konzentrationen wurde am Fraunhofer ICT ein ankoppelbarer Aufkonzentrierungsprozess entwickelt.

* Dr. S. Tröster, Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT), 76327 Pfinztal

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