Verwendung von drahtlos mittels Induktion angetriebenen und im Reaktionsmedium befindlichen Lichtquellen zur Durchführung von Photoreaktionen

• Antragsteller: Dr. Jonathan Bloh
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419142041

Unter Photokatalyse versteht man chemische Reaktionen, die durch Licht (Photonen) ausgelöst oder beschleunigt werden. Die Bedeutung der Photokatalyse für die Grundlagen- und angewandten Wissenschaften hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen, da sie als energieeffizient und nachhaltig gelten. Photonen hinterlassen im Prinzip keine Rückstände und sind in Form von Sonnenlicht sogar kohlendioxidneutral.Die industrielle Anwendung dieser Reaktionen allerdings stellt eine große Herausforderung dar. Die Begrenzung der Beleuchtungseffizienz und die Notwendigkeit eines speziellen Reaktordesigns begrenzen derzeit noch die Einsatzmöglichkeiten. Insbesondere bei hoher Dichte des Katalysators ist die Eindringtiefe des Lichts auf wenige Millimeter begrenzt. Reaktoren für solche Prozesse müssen also eine große Oberfläche im Vergleich zum Reaktorvolumen aufweisen. Flache Reaktoren weisen eine größere Beleuchtungseffizienz auf, benötigen aber sehr viel Platz. Die Notwendigkeit dieser speziellen und teuren Reaktoren ist daher aktuell ein großes Hindernis für den industriellen Einsatz. Hier kann die interne Beleuchtung der Reaktoren eine mögliche Lösung bieten. Diese vielversprechende Technik kann gute Effizienz erreichen und den Einsatz beliebiger Reaktortypen möglich machen.Im Gegensatz zu klassischen Methoden der internen Beleuchtung schlagen wir resonante induktive Kopplung zur Energieversorgung interner, beweglicher Lichtquellen (WLEs) vor. Da die WLEs einfach dem Reaktionsmedium zugeführt werden können, können die Reaktortypen recht frei gewählt werden und auch Standardreaktoren können verwendet werden.In diesem Projekt schlagen wir die Verwendung von WLEs für die Durchführung photokatalytischer Reaktionen vor, was eine weitere Verbreitung dieser Anwendungen fördern kann. Auch da der Wirkungsgrad der induktiven Energieversorgung bereits größer als 75% ist, hat sie großes Zukunftspotential. Da es bereits kommerzielle Produkte gibt, die die induktive Energieübertragung nutzen wie bspw. elektrische Zahnbürsten und drahtlose Ladegeräte für Handys, sind Synergieeffekte absehbar. WLEs wurden auch bereits erfolgreich zur Lichtversorgung von Algen in Photobioreaktoren eingesetzt. Das magnetische Feld bzw. die magnetische Flussdichte liegt in der Größenordnung von 1 mT bei einer Frequenz von 178 kHz, was vergleichbar mit Induktionsherdplatten ist. Ein Einfluss des Magnetfeldes auf die Reaktionen selbst wurde nur für wesentlich größere Felder beobachtet und das mit gegensätzlichen Ergebnissen. Dabei überwiegen die positiven Effekte, sodass es unwahrscheinlich erscheint, dass das vorhandene Magnetfeld sich als problematisch für die Reaktionen erweisen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen