A2: Theoretische und experimentelle Untersuchung von Prozessrandbedingungen bei pulsierenden Strömungen zur Herstellung von neuartigen Oxidationskatalysatoren
Funktionelle Hochleistungswerkstoffe, wie Katalysatormaterialien, werden im Bereich der chemisch betriebenen Mobilität in einem weiten Bereich eingesetzt. Klassische Anwendungen finden sich im Bereich der Abgasnachbehandlung. Daneben sind zukünftige Anwendungsfelder für neuartige Katalysatormaterialien im Bereich des Immissionsschutzes, bspw. durch Oxidation von VOC oder Stickoxidverbindungen zu erwarten. Ein weites Anwendungsfeld stellt auch die Synthese neuartiger Kraftstoffe auf Basis von erneuerbarem Wasserstoff oder deren Speicherung sowie die elektrolystische Erzeugung von Wasserstoff und dessen Rückwandlung in Brennstoffzellen dar. Für die Herstellung geeigneter Materialien werden entsprechend leistungsfähige und industrienahe, d. h. kontinuierliche Produktionsprozesse mit hohem Durchsatz benötigt. Eigene Voruntersuchungen zeigen, dass sog. Oxidationskatalysatoren (konkret: Hopcalite) im großen Maßstab über die Pulsationsreaktortechnologie hergestellt werden können. Die Produktion funktioneller Materialien mittels Pulsationsreaktoren beruht jedoch weitgehend auf Erfahrungswerten, eine Prozessoptimierung bzw. auch die Umstellung des Produktionsprozesses auf neue Werkstoffe mit neuen Eigenschaften ist daher bisher sehr aufwändig und mit hohen technischen und finanziellen Risiken verbunden.
Deshalb sollen in diesem Teilprojekt einerseits die bekannten theoretischen Grundlagen des Pulsationsreaktors für eine modellhafte Durchdringung des Verfahrens auf makro- und mikroskopischer Ebene durch eine thermofluiddynamische Analyse des Reaktorprinzips sowie für eine Modellierung der Grenzschichtvorgänge am Einzelpartikel erweitert werden. Andererseits werden Erkenntnisse aus Laboruntersuchungen und an einem Technikumsreaktor für die industrielle Übertragbarkeit sowie für die Generierung von Messwerten für die Modellvalidierung ge-nutzt und mit den mathematisch-physikalischen Modellen verglichen.
Zur umfassenden Charakterisierung und Bewertung der Modell- und Versuchsergebnisse ist die im Cluster geplante Zusammenarbeit mit dem Partner Anorganische Chemie I (ACI), hinsichtlich der chemischen Randbedingungen für Materialien und Prozess sowie die Zusammenarbeit mit dem Partner Mess- und Sensorsystemtechnik (MST) für die messtechnische Analyse des Pulsationsreaktorprozesses unabdingbar.
Doktorand: Stefan Heidinger
Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann
Nebenbetreuer: N.N.