Im Forschungsprojekt 'AmmoCatCoat' wird Heraeus Precious Metals gemeinsam mit fünf Projektpartnern revolutionäre Technologien für eine effiziente und nachhaltige Wasserstofferzeugung aus Ammoniak entwickeln. Das Projekt mit einem Gesamtvolumen von rund 2 Mio. EUR Euro wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Material-Hub-Initiative und des Förderschwerpunkts „Ressourcensouveränität durch Materialinnovationen Modul 1 - Materialien für Prozesseffizienz“ gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.

Mit den Projektpartnern Heraeus Precious Metals, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB), Zentrum für Transmissionselektronenmikroskopie (CAU), Pyreg und Purem by Eberspächer hat sich ein hochqualifiziertes Konsortium gebildet, das Fachkompetenzen in der Katalyse, Biomasseumwandlung, Materialcharakterisierung und Oberflächenbehandlung vereint. Das Projekt zielt auf die praktische Demonstration des Betriebs unter real-technischen Bedingungen im Technikumsmaßstab ab. Außerdem sollen Konzepte zur Skalierung erarbeitet werden.

„Wir sind stolz, ein so starkes Konsortium zu leiten und gemeinsam einen richtungsweisenden Beitrag zur Realisierung der Wasserstoffwirtschaft zu leisten", sagt Konrad Krois, Projektleiter des Projektes bei Heraeus Precious Metals, „Ich bin überzeugt, dass es uns mit 'AmmoCatCoat' gelingen wird, eine effizientere und nachhaltigere Methode für das Ammonia-Cracking bereitzustellen. Die Energiewende braucht Lösungen, die materialsparsam und im Betrieb wettbewerbsfähig sind“.

Wasserstoff als Energieträger spielt eine herausragende Rolle in der Energiewende. Zum Transport kann Wasserstoff in Form von Ammoniak chemisch gespeichert und anschließend im sog. Ammonia-Cracking-Prozess wieder freigesetzt werden. Für diese chemische Reaktion sind Edelmetallkatalysatoren auf Ruthenium-Basis hervorragend geeignet.

Um den Prozess möglichst nachhaltig, effizient und kostengünstig zu gestalten, müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein. Unter anderem müssen die eingesetzten Materialien einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen und eine hohe Langzeitstabilität ermöglichen, möglichst sparsam eingesetzt werden und im Idealfall aus erneuerbaren Quellen stammen. Die Projektpartner erforschen, wie sich die genannten Anforderungen in einem neuartigen Ansatz umsetzen lassen:

Im Projekt wird eine katalytisch hochaktive Rutheniumschicht auf einen elektrisch beheizbaren Katalysatorträgersystem aufgebracht, das eine direkte und gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet. Mit diesem sog. ELIAS-System (ElectrIcally heated catalyst carrier) wird die Wärme genau dorthin gebracht, wo sie benötigt wird. Die Aktive Schicht besteht aus Nanopartikeln, die sich fein verteilt auf einem speziellen maßgeschneiderten Kohlenstoffmaterial befinden.

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass durch den Einsatz von Kohlenstoff als Katalysatorträger die katalytische Aktivität von Ruthenium deutlich verbessert werden kann. Die Wechselwirkung zwischen dem Kohlenstoffträger und den Ruthenium-Nanopartikeln soll nicht nur die Leistungsfähigkeit des Katalysators, sondern auch seine Haltbarkeit deutlich erhöhen. Dies ermöglicht längere Einsatzzeiten des Rutheniums vor einem Recycling des Edelmetalls am Ende seiner Nutzungsdauer und damit weitere Energieeinsparungen. Ziel ist es, den maximalen Ammoniakumsatz bereits bei Temperaturen unter 500°C zu erreichen. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen im Betrieb und ist damit ein entscheidender Schritt zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit der Wasserstofferzeugung aus Ammoniak. Die Entwicklung ist ausgerichtet auf eine kompakte Bauweise und die Langlebigkeit und Stabilität des Katalysators. Der Träger selbst besteht ebenfalls aus einem innovativen Material auf Basis nachhaltiger Biomasse-Kohlenstoffe. Damit ist er sowohl nachhaltiger als auch effizienter und stabiler in der Anwendung als alternative Trägermaterialien.