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Projekt
Multiskalenanalyse von Reaktions-Transport-Wechselwirkungen in e-HP
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Ulrike Krewer
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525028514
Reaktionen an Katalysatoren führen unweigerlich zu einer Anreicherung oder Verarmung von Reaktanten in der Nähe der Oberfläche. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des Transports auf die Leistungsfähigkeit der elektrochemischen H2O2-Synthese zu erforschen. Wir führen eine vergleichende modellgestützte Analyse an diversen weitverbreiteten Versuchsaufbauten unterschiedlicher Komplexität durch, um die Unterschiede von Transport und seinen Auswirkungen zu bewerten. Die Aufbauten reichen von einem Flüssigphasen-System mit rotierender Schreiben-Elektrode, das für die Katalyseforschung verwendet wird, über Flüssigphasen-Durchflussreaktoren, die für den Vergleich mit t-HP verwendet werden bis hin zu Durchflusszellen im technischen Maßstab mit porösen Gasdiffusionselektroden. Die entsprechenden aufbauspezifischen makrokinetischen Modelle berücksichtigen Reaktionen, Nebenreaktionen und Transport in den verschiedenen Phasen. Sie werden eingesetzt, um Unterschiede zwischen den Aufbauten in Bezug auf Transportbeschränkungen, die resultierende Mikroumgebung an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche und die - auch experimentell beobachteten - Auswirkungen auf die Performance aufzuzeigen. Es werden Unterschiede in Selektivität, Effizienz und weiteren Leistungsindikatoren und deren Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen identifiziert, sowie Bedingungen, die vergleichbare Situationen in den verschiedenen Aufbauten ermöglichen. Der Vergleich der e-HP-Zellen wird auf thermische H2O2-Synthesereaktoren (t-HP) unterschiedlicher Komplexität ausgeweitet. Dabei werden typische verfahrenstechnische Kennzahlen und dimensionslose Zahlen, die für elektrochemische Systeme nicht üblich sind, berechnet und verglichen. Dies erlaubt Rückschlüsse darauf, inwieweit die Bedingungen in e-HP-Anlagen und t-HP-Reaktoren vergleichbar sind und sich in ähnlichen oder unterschiedlichen Transport-Regimen befinden. Schließlich zeigen wir, inwieweit t-HP-Reaktoren als kurzgeschlossene elektrochemische Zellen betrachtet werden können, und wie Leistungsfähigkeit und Untersuchungsbedingungen für e-HP/t-HP verbessert werden können.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
