Die Speicherung und der Transport von erneuerbaren Energien in Form synthetischer Energietr\u00e4ger, die in verschiedenen Verbrauchssektoren verwendet werden k\u00f6nnen, ist ein essentieller Bestandteil des zuk\u00fcnftigen Energiesystems. Ein m\u00f6glicher Energietr\u00e4ger, der gro\u00dfes Potential f\u00fcr diese Aufgabe zeigt, ist Ammoniak. Die Synthese von Ammoniak aus Wasserstoff (H2) und Stickstoff(N2), anstelle von CO2 wie bei anderen Energietr\u00e4gern wie Methanol oder Methan, ist kosteneffizienter und standortunabh\u00e4ngig realisierbar. Des Weiteren verf\u00fcgt Ammoniak \u00fcber eine hohe Energiedichte und gute Eigenschaften in Bezug auf Transport- und Lagerf\u00e4higkeit. Ammoniak, der aus erneuerbaren Energien hergestellt wurde, stellt somit einen wichtigen Energietr\u00e4ger dar, der in verschiedenen Sektoren, wie der chemischen Industrie, im Transportsektor und in der Landwirtschaft genutzt werden kann und dessen energetische Nutzung keine CO2 Emissionen mit sich bringt. Daher soll die nachhaltige Herstellung von Ammoniak in Power-to-Ammonia Prozessen \u00a0im Rahmen dieser Dissertation detailliert untersucht werden.<\/p>\n
Die Synthese von Ammoniak aus H2 und N2 im Haber-Bosch Verfahren mit Hilfe eisenbasierter Katalysatoren wird bereits seit Anfang des 20. Jahrhunderts genutzt und erforscht. Die Synthese erfolgt bei hohem Druck und hoher Temperatur, ist energieintensiv und die Ausbeute durch die Lage des chemischen Gleichgewichts limitiert. Dies f\u00fchrt dazu, dass die konventionelle Ammoniaksynthese basierend auf fossilen Rohstoffen erhebliche Mengen an Energie ben\u00f6tigt und momentan etwa 1 % der weltweiten CO2 Emissionen verursacht. Hieraus ergibt sich ein enormes Klimaschutzpotential und somit ein gro\u00dfer Bedarf an effizienteren und nachhaltigen Verfahren zur gro\u00dftechnischen und kosteng\u00fcnstigen Herstellung von Ammoniak.<\/p>\n
Der Forschungsansatz der im Rahmen dieser Dissertation verfolgt werden soll, basiert auf der Verwendung eines neuartigen, Ruthenium-Katalysators. Dieser Katalysator bietet das Potential, eine effiziente Synthese von Ammoniak unter deutlich milderen Reaktionsbedingungen zu realisieren. Die experimentelle Untersuchung eines, durch ein japanisches Forschungsinstitut im Rahmen einer Forschungskooperation entwickelten, Ruthenium-Katalysators stellt den ersten Schritt dieser Arbeit dar. Basierend auf dem neuen Katalysator soll der Prozess weitergehend optimiert werden. Ein Kernschritt zur Steigerung der Effizienz der Ammoniaksynthese ist die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts der Reaktion auf die Seite des Produkts. Ein Konzept dies zu erreichen, ist die in-situ Abtrennung von Ammoniak im Reaktor. Durch die milderen Reaktionsbedingungen bei Verwendung des neuartigen Ruthenium-Katalysators k\u00f6nnen m\u00f6gliche Abtrennprozesse effizienter genutzt und technisch leichter implementiert werden. Die Entwicklung eines innovativen Reaktorkonzepts, dass die Kopplung der Ruthenium-katalysierten Reaktion mit einer in-situ Abtrennung von Ammoniak erm\u00f6glicht, ist wichtiger Bestandteil dieses Forschungsvorhabens. Hierf\u00fcr sollen zun\u00e4chst geeignete Trennprozesse theoretisch und simulativ betrachtet und verglichen werden und anschlie\u00dfend der aussichtsreichste Trennprozess experimentell untersucht werden. Abschlie\u00dfend sollen die Ergebnisse aus der Untersuchung des Katalysators und des Trennprozesses genutzt werden, um ein integriertes Reaktorkonzept zu entwickeln. Ein Aspekt der bei den oben beschriebenen Forschungsschwerpunkten zu ber\u00fccksichtigt ist, ist die fluktuierende Bereitstellung von H2 durch erneuerbare Energien. Unter der Annahme eines station\u00e4ren Betriebs der Ammoniaksynthese, werden gro\u00dfe und teuer Wasserstoffspeicher ben\u00f6tigt. Daher umfasst die experimentelle Untersuchung der beschriebenen Synthese und Abtrennung auch eine Variation der Eduktmenge und -zusammensetzung in einem breiten Arbeitsbereich. Hierdurch k\u00f6nnen kurzfristige Auswirkung z.B. auf die Zusammensetzung des Produktstroms oder das Temperaturprofil im Reaktor und auch langfristige Auswirkungen beispielsweise auf die Stabilit\u00e4t und Aktivit\u00e4t des Katalysators, durch eine dynamische Prozessf\u00fchrung untersucht werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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