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Nur aus Luft und Wasser stellen Fraunhofer-Forscher in dieser elektrolytischen Zelle Wasserstoffperoxid für den dezentralen Einsatz her. Bild: idw
Erzeugung von Wasserstoffperoxid

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Stromspitzen ausgleichen

Überschussstrom kann auch für die dezentrale Herstellung von Chemikalien zur Stromspeicherung genutzt werden. Das Fraunhofer Institut IGB hat nun eine Elektrolysezelle entwickelt, in der sich Wasserstoffperoxid mit elektrischer Energie nur aus Wasser und Luft herstellen lässt.

Zumeist wird Wasserstoffperoxid großtechnisch in zentralen Chemieanlagen produziert, in der Regel aus Sauerstoff und Wasserstoff und mit einem Katalysator aus teurem Platin. Wasserstoffperoxid wird aufgrund seiner stark oxidierenden und zelltoxischen Wirkung in vielen technischen Bereichen als Bleich- und Desinfektionsmittel eingesetzt. Da es sich in hochkonzentrierten Lösungen spontan zersetzen und explodieren kann, ist sein Transport nur als Gefahrstoff und unter großen Sicherheitsvorkehrungen möglich. Dies treibt die Transportkosten in die Höhe.

Aufgrund der Energiewende steht immer mehr Überschussstrom aus der regenerativen Erzeugung zur Verfügung. Das von Fraunhofer IGB entwickelte und realisierte ein technisches Konzept, mit dem Wasserstoffperoxid dezentral und bedarfsorientiert in einer elektrochemischen Zelle, das heißt lediglich mit Strom, erzeugt wird. Somit wird die elektrolytische Herstellung von Chemikalien nicht nur wirtschaftlich, sie stellt neben der Stromspeicherung auch einen sinnvollen Verwertungspfad zum Ausgleich von Stromspitzen dar.

Die flache Elektrolysezelle ist das Kernstück der Entwicklung. In einem ersten Demonstrator erreichten Forscher bei der Zufuhr von reinem Sauerstoff Konzentrationen von mehr als 400 Milligramm Wasserstoffperoxid pro Liter. Bei dem Betrieb mit Umgebungsluft als Sauerstoffquelle wurden Konzentrationen von 50 Milligramm Wasserstoffperoxid pro Liter erreicht. Die neue Elektrolysezelle wird als Durchflusszelle betrieben. Für die Übertragung auf einen industrierelevanten Maßstab kann sie mit weiteren Zellen parallel oder in der Reihe geschaltet werden.

„Unser System funktioniert nicht nur dezentral, sondern praktisch ohne Einsatz von Chemikalien. Zudem können wir Wasserstoffperoxid extrem flexibel gewinnen: Wenn kein Überschussstrom zur Verfügung steht, schalte ich die Elektrolysezelle einfach aus“, sagt Thomas Scherer, Gruppenleiter am Fraunhofer IGB. Nicht direkt benötigtes Wasserstoffperoxid könne in einem Puffertank gelagert und nach Bedarf entnommen werden.

Für weitere anwendungsspezifische Entwicklungen und Optimierungen können die Prozessparameter eingestellt und Teilkomponenten im Demonstrator leicht ausgetauscht werden. PH-Werte lassen sich durch Änderung der Temperatur, Stromdichte, Volumenstrom und Zusammensetzung der Lösungen, gezielt anpassen. In der Wasseraufbereitung konnte die dezentrale elektrolytische Erzeugung von Wasserstoffperoxid bereits erfolgreich demonstriert werden. Als nächstes wollen die Forscher industrielle Anwendungen erschließen, bei denen jeweils nur kleine Verbrauchsmengen benötigt werden, wie etwa die Hygienisierung von Anlagen und Maschinen in der Lebensmittelindustrie oder die Oberflächendesinfektion in Krankenhäusern.

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