Elektrokatalytische Oxidation von Ammoniak zu Stickstoffoxiden in flüssigem Ammoniak

• Antragsteller: Professor Dr. Ferdi Schüth
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413163866

Basierend auf der Hochdruckzelle, die in der ersten Förderperiode entwickelt worden ist, wird sich der Fokus des Projekts von der Methanoxidation in Oleum, die im wesentlichen erfolgreich bearbeitet worden ist, zu einem Prozess für die Elektrooxidation von Ammoniak verschieben. Es soll ein elektrochemisches Konzept realisiert werden, das es erlaubt Ammoniak elektrochemisch oxidativ zu spalten, wobei kathodisch als Reaktionsprodukt Wasserstoff angestrebt wird, kathodisch sollen Stickstoffoxide entstehen, aus denen letztlich Nitrate zugänglich sein sollen. Damit könnte einerseits die effiziente Wasserstofffreisetzung aus Ammoniak im Rahmen einer Ammoniak-unterstützten Wasserstoffinfrastruktur und andererseits die Produktion von Stickstoffdünger kombiniert werden. Die anodische Oxidation des Ammoniaks würde damit das Ostwald-Verfahren ersetzen. Ein solcher Prozess könnte ein interessantes Element in einem zukünftigen Energiesystem sein, in dem teilweise Ammoniak als Energievektor genutzt werden könnte.Um dieses Gesamtziel zu erreichen, müssen sechs Teilziele erreicht werden. (1) Die im Rahmen der ersten Förderperiode konstruierte elektrochemische Hochdruckzelle muss so modifiziert werden, dass sie für die Arbeit mit flüssigem Ammoniak genutzt werden kann. (2) Für die Analyse des Anodenraums müssen geeignete analytische Verfahren entwickelt werden. (3) Es müssen Elektrodenmaterialien gefunden werden, an denen stabil kathodisch in flüssigem Ammoniak Wasserstoff entwickelt werden kann. (4) Es müssen Anodenmaterialien gefunden werden, an denen mit hoher Selektivität Stickstoffoxide entstehen, wenn im flüssigen Ammoniak anodenseitig sauerstoffhaltige Verbindungen vorhanden sind. (5) Das Gesamtsystem muss hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit durch Untersuchung eines breiten Parameterbereichs umfassend charakterisiert werden. (6) Als Vergleich zur Reaktion in flüssigem Ammoniak soll das Verhalten von Ammoniak, gelöst in verschiedenen Lösungsmitteln, in der oxidativen elektrochemischen Zersetzung untersucht werden. Die erfolgreiche Bearbeitung des Projekts würde grundlegende Einblicke in eine ungewöhnliche Reaktion in einem ungewöhnlichem Reaktionsmedium liefern, darüber hinaus aber auch die Grundlage für eine Alternative zur herkömmlichen Düngemittelproduktion legen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2982: UNODE - Ungewöhnliche Anodenreaktionen