Elektrosynthese

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Wir entwickeln und optimieren elektrochemische Prozesse zur nachhaltigen, CO2-neutralen Produktion von Wasserstoff und Basis- sowie Spezialchemikalien – beginnend beim Katalysator im Labormaßstab bis zur Pilotanlage. Unser Angebot beinhaltet die kundenspezifische Entwicklung von Materialien und Komponenten für Elektrolyseprozesse sowie deren Integration in leistungsstarke Elektrolysezellen und -stacks . Dies ergänzen wir durch die Erstellung von technischen Konzepten zur Implementierung von neuartigen Elektrolyseprozessen sowie deren Bewertung. Wir sind Wegbereiter nachhaltiger Elektrolysetechnologien und verlässlicher Wegbegleiter von Industrie und Wirtschaft.

Unsere Services und Dienstleistungen

Produktion von grünem Wasserstoff | Stoffliche Nutzung von CO2 | Elektrochemische Synthese von Basis- und Spezialchemikalen | Bioelektrokatalytische Verfahren

 

Material- und Komponentenentwicklung für Elektroyseprozesse

Vom Katalysator zur industriellen Elektrolyse: Entsprechend Ihrer Vorgaben entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungen für jedes Elektrolyseproblem.

 

Elektrolyse in Industrie und Forschung

Im Interview berichtet Ulf-Peter Apfel über die Arbeit seiner Gruppe: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen an der Produktion von grünem Wasserstoff und der Frage, wie aus Kohlendioxid Ausgangsstoffe für die chemische Industrie werden.

 

Von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung

Warum markttaugliche Konzepte von Katalysatoren, Elektroden und Zellen noch Mangelware sind – und was sich ändern muss.

Produktion von grünem Wasserstoff

Auf dem Weg zum grünen Fußabdruck: Energiewende mit dem leichtesten Molekül 

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselbaustein für eine erfolgreiche Energiewende. Er kommt zum Beispiel bei der Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom sowie der klimaneutralen Gestaltung industrieller Prozesse zum Einsatz. Wir entwickeln die Herzstücke der dafür nötigen Wasserelektrolyseure – die Elektrolysestacks – auf Basis nachhaltiger, nicht kritischer Rohstoffe und innovativer, wirtschaftlicher Zellkonzepte. 

 

Elektrolyseure für die Energiewende

Im Jahr 2030 will die Bundesregierung bis zu 50 % des Wasserstoff-Bedarfs im Land produzieren lassen. Um das zu erreichen, ist u.a. die Skalierung der Elektrolyse von Laborbedingungen in Industriemaßstäbe erforderlich. Forschende konnten nun zeigen, wie neue Materialien für die elektrochemischen Prozesse im Labormaßstab identifiziert und anschließend in ein anwendungsnahes System überführt werden können.

 

PEM-Elektrolyse kosteneffizient und skalierbar machen

Bipolarplatten auf Kohlenstoffbasis können eine kosteneffizientere und zugleich skalierbare Alternative zu Bipolarplatten aus Titan sein – das haben Forschende von Fraunhofer UMSICHT und der Ruhr-Universität Bochum herausgefunden. 

 

Auf neuen Pfaden zur Industrialisierung der Elektrolyse

Im Leitprojekt H2Giga arbeiten etwa 30 unabhängige Verbünde. Das gemeinsame Ziel: Elektrolyseure zur Wasserstoff-Herstellung in die Serienfertigung zu bringen. Einblicke in das Arbeitspaket »Design of Tomorrow« gewähren Anna Grevé und Ulf-Peter Apfel im Interview. 

 

Edelmetallfreie Katalysatoren

Die Suche nach edelmetallfreien Katalysatoren steht im Fokus vieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer UMSICHT. David Tetzlaff, Doktorand in der Abteilung Elektrosynthese, gewährt im Interview Einblicke in die Forschungsarbeit. 

CINES

Der Exzellenzcluster Integrierte Energiesysteme CINES adressiert technologische und ökonomische Herausforderungen der Energiewende. Ziel: die System- und Marktintegration hoher Anteile variabler erneuerbarer Energien in das Energiesystem. 

 

H2Giga_PEP.IN

Design der PEM-Elektrolyse von morgen

Fraunhofer UMSICHT entwickelt ein neuartiges Stack-Design für die PEM-Elektrolyse auf Basis von Komposit-Bipolarfolien. Das Stack-Design soll ausschließlich aus thermoplastischen Zellkomponenten und über übliche Fügeverfahren gefertigt werden.

Stoffliche Nutzung von CO2

Zum Wohle des Klimas: CO2-Reduktion auf allen Ebenen 

Die CO2-Emissionen werden Schritt für Schritt durch immer strengere Regularien weiter limitiert. Wir entwickeln die Elektrolysetechnologien der nächsten Generation, um mittelfristig den Kohlenstoffkreislauf zu schließen. Mit der Co-Elektrolyse – der gleichzeitigen elektrochemischen Umwandlung von CO2 und Wasser – ermöglichen wir die stoffliche Nutzung von CO2 aus Prozessgasströmen oder Direct-Air-Capture-Verfahren für die Produktion von CO2-neutralen oder negativen Basischemikalien wie Synthesegas, Ameisensäure, Ethylen, Methanol oder Ethanol. Wir unterstützen Sie gerne bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Co-Elektrolyse-Konzepte, um Ihren CO2-Fußabdruck zu verringern.

 

21.12.2023

Neues Katalysesystem für die CO2-Umwandlung

 

Ein Team des Fraunhofer UMSICHT und der Ruhr-Universität Bochum hat homogene Katalysatoren unter industrienahen Bedingungen untersucht.

 

15.8.2023

Grünes Methanol für Schifffahrt und Industrie

Start des Projekts »Leuna100«: Ziel ist die marktreife und skalierbare Herstellung grünen Methanols für die Schiff- und Luftfahrt. Der Alkohol gilt als Schlüssel, um diese Industrien zu defossilisieren und aus der Abhängigkeit von Erdöl zu befreien. 

 

Zementindustrie klimaneutral gestalten

CO2-Emissionen aus der Zementindustrie via »Carbon Capture and Utilization« (CCU) auffangen und als Rohstoff nutzen – zum Beispiel zur Herstellung von Basischemikalien wie Olefinen und höheren Alkoholen. Mit diesem Ziel ist das Verbundprojekt »CO2-Syn« Anfang 2022 an den Start gegangen. Jetzt ziehen die Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft eine positive Zwischenbilanz.

 

Marktfähige Power-to-X-Technologien entwickeln

Im Rahmen eines neuen Projektes des Spitzenclusters Industrielle Innovationen (SPIN) entsteht eine Versuchsplattform für die Entwicklung von Power-to-X-Technologien. Untersucht werden Möglichkeiten, CO2-haltige Abgasströme in ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und dann in verschiedene Produkte für Chemie-, Kraftstoff- und Kunststoffindustrie umzuwandeln.

 

Erfolgsfaktoren elektrochemischer CO2-Reduktion

Kohlendioxid nutzen, um Ausgangsstoffe für die chemische Industrie herzustellen: Die elektrochemische CO2-Reduktion macht’s möglich. Wie erfolgreich dieser Prozess ist, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Wie weit die Forschung in diesen Bereichen ist, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen einer Literaturrecherche untersucht. 

 

Kohlenstoffkreislauf via Elektrolyse schließen

Wie lässt sich die Performance von Zero-Gap Elektrolyseuren mit Blick auf die CO2-Reduzierung steigern? Mit dieser Frage haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT, der Ruhr-Universität Bochum und der RWTH Aachen befasst.

 

Elektrochemische Reduktion von CO2

Forschende der Ruhr-Universität Bochum, des Fritz-Haber-Instituts und des Fraunhofer UMSICHT haben den Einfluss von überkritischem Kohlendioxid auf die elektrochemische Reduktion von CO2 untersucht.

 

ElkaSyn

Energieeffiziente Elektrosynthese von Alkoholen

Um CO2 als nachhaltigen Rohstoff zu nutzen, sind Power-to-X-Verfahren gefragt. Im Fokus von ElkaSyn steht daher ein einstufiges Verfahren, mit dem Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol umgesetzt werden.

Elektrochemische Synthese von Basis- und Spezialchemikalien

Chemie aus der Steckdose: Präzise Eingriffe in Moleküle 

Die Mehrzahl der chemischen Synthesen in der verarbeitenden Industrie sind mit energieintensiven Prozessbedingungen sowie teuren und umweltschädlichen Reagenzien verbunden. Die organische Elektrosynthese ermöglicht dagegen durch die Substitution von wenig nachhaltigen Redox-Reagenzien durch erneuerbaren Strom die nachhaltige Gestaltung viele Prozesse der chemischen Industrie. Elektrosynthese-Verfahren zeichnen sich zudem durch eine außerordentlich präzise Prozesskontrolle aus. Durch eine geeignete Auswahl von Materialien und Prozessbedingungen lässt sich nahezu jede Redox-Reaktion elektrifizieren. Gerne beraten wir Sie zur Anwendung von elektrochemischen Verfahren in Ihrer chemischen Synthese.

 

Via Elektrolyse von CO2 zu grünem Ethylen

Wie gelingt der chemischen Industrie die Transformation zu einer nachhaltigen Wirtschaftsweise? Eine Antwort lautet: durch den Einsatz von Wasserstoff. An entsprechenden Lösungen wird im Projekt »H2-Reallabor Burghausen – ChemDelta Bavaria« gearbeitet. Seit Juli 2024 unterstützt Fraunhofer UMSICHT das dort angesiedelte Teilprojekt »CO2-Direktelektrolyse zu grünem Ethylen (CODE)«. 

 

Elektrolyse trifft auf »Direct Air Capture«

Um ihr Ziel der Dekarbonisierung von Rohstoffströmen zu erreichen, muss die chemische Industrie ihren Kohlenstoffbedarf aus nachhaltigen Quellen decken. Dabei hat die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft bislang kaum eine Rolle gespielt. Das wollen die Partner im Projekt »Air2Chem« ändern: Sie entwickeln ein integriertes Verfahren, das den »Direct Air Capture«-Prozess mit einer elektrolytischen Konversion verbindet. 

 

Nachhaltige Rohstoffe für eine grüne chemische Industrie

Wie lassen sich aus Abgasen und Abwässern E-Treibstoffe und Biotenside für die Industrie herstellen? Mit dieser Frage befasst sich im neu gestarteten Projekt BEFuel ein interdisziplinäres Konsortium koordiniert von Fraunhofer UMSICHT. Im Fokus steht die gekoppelte bioelektrochemische Produktion. 

 

Elektrokatalytische Hydrierung

Aus erneuerbaren Energien chemische Produkte mit grünem Fußabdruck herstellen – so lautet die übergeordnete Zielsetzung der Nachwuchsgruppe H2Organic. Ganz konkret befinden sich Dr. Daniel Siegmund und sein Team seit einem Jahr auf der Suche nach innovativen Materialien für die elektrokatalytische Hydrierung organischer Substrate. Im Interview lässt der Wissenschaftler bislang erreichte Meilensteine Revue passieren.

 

Chemische Produkte nachhaltig herstellen

Mit seiner Idee, innovative Materialien für die elektrokatalytische Hydrierung von organischen Chemikalien einzusetzen, bewarb sich Dr. Daniel Siegmund beim »BMBF Nachwuchswettbewerb NanoMatFuture«. Jetzt können der UMSICHT-Wissenschaftler und seine Gruppe »H2Organic« mit der Forschung beginnen.

 

Chemische Industrie nachhaltig gestalten

Produktionsketten defossilisieren sowie eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung etablieren – die chemische Industrie hat sich in Sachen Nachhaltigkeit ehrgeizige Ziele gesetzt. Unterstützung bei diesem Prozess leisten ab sofort neun Institute der Fraunhofer-Gesellschaft: Im Leitprojekt ShaPID wollen sie ihre Forschungsaktivitäten für das Erreichen der Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre Beziehungen zur Branche stärken. 

Bioelektrokatalytische Verfahren

Biotechnologie trifft Elektroden: Elektrolyse im Einklang mit der Natur 

Die Natur hat bereits effiziente Prozesse für unterschiedlichste chemische Prozesse etabliert. So können chemische Redox-Reaktionen unter Zuhilfenahme von Enzymen und Mikroorganismen bereits industriell durchgeführt werden. Die Komplexität des resultierenden Systems stellt allerdings hohe Anforderungen an eingesetzte Materialien, Prozessparameter und Produktaufbereitung. Die kontinuierliche, zirkuläre Regeneration von biologischen Redox-Äquivalenten wird hier durch hocheffiziente Elektroden sichergestellt, wodurch teure Reagenzien entfallen und die Atomeffizienz verbessert wird. Wir erleichtern Ihnen den Einstieg in biotechnologische Produktionslösungen durch eine fachgerechte Beratung und maßgeschneiderte Entwicklung und Bewertung neuartiger technischer Lösungen.