Nachhaltigen Kraftstoff aus Biomasse herstellen

Derzeit können Biomasseressourcen ausschließlich verarbeitet werden, indem große Mengen Energie aufgewendet werden. Im Zuge des EU-finanzierten Projekts SUSFUELCAT greifen Wissenschaftler anstelle eines intensiven Trocknungsprozesses auf eine alternative Methode zurück: Eine Reformierung in wässriger Phase (Aqueous-phase reforming, APR). Da dieses Verfahren nur wenig Energie verbraucht, zählt das APR zu den vielversprechendsten, widerstandsfähigsten Methoden für die Herstellung flüssiger und gasförmiger Kraftstoffe aus Biomasse.

Der Schlüssel zu einem effizienten Prozess ist ein Katalysator, der die Umwandlung geringwertiger Biomasse in Wasserstoff ermöglicht. Das SUSFUELCAT-Projekt ist auf die Optimierung von APR-Katalysatoren und die gleichzeitige Gewährleistung der hydrothermalen Stabilität ausgerichtet. Es werden unter Verwendung karbonbasierter Materialien als Katalysatorträger auf Metallnanopartikeln basierende Katalysatoren entwickelt.

Um die grundlegenden Beziehungen von Struktureigenschaften zu ermitteln, welche die katalytische Aktivität beeinflussen, führen die Projektmitglieder zunächst eine Untersuchung der auf dem Markt verwendeten Katalysatoren durch. Die Eigenschaften der Modellkatalysatoren weichen im Hinblick auf deren Aktivmetall, Cluster und Porengrößen sowie deren Kohlenstoffgraphitierung voneinander ab. Ferner werden die Modellkatalysatoren in in-silico-Studien implementiert, um theoretische Untersuchungen durchzuführen. Die Katalysatoraktivität und -selektivität wird anhand von echten und Modellausgangsmaterialien untersucht.

Die Projektmitglieder haben Kolloiden von Edelmetallnanopartikeln mit verschiedenen Oberflächenbereichen synthetisiert, wobei Palladium und Platinum eine ausgezeichnete Stabilität zeigten. Unedle Metalle neigten zur Reoxidisierung. Computersimulationen tragen dazu bei, die Katalysatoreigenschaften zu optimieren.

Eine weitere Aufgabe bestand in der Vorbereitung von Zuckeralkoholen wie Xylit, Sorbit und Galaktit zur Verwendung als Ausgangsmaterial. Die Projektmitglieder haben die ersten Beziehungen von Struktureigenschaften für Platinum und Karbonxylit ermittelt. Die Karbonträger erwiesen sich als gut geeignet, um die Wasserstoff- und Alkanselektivität einzustellen. Reines Kohlenstoffmaterial wurde auf dessen hydrothermale Stabilität hin getestet, wobei die Stabilität bei einer höhergradigen Graphitierung erhöht wurde.

Eine zentrale Erkenntnis des Projekts ist, dass abgesehen vom Edelmetallpreis die Recyclingkosten und -effizienz ebenfalls von Bedeutung für eine Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines Katalysators sind.

Das SUSFUELCAT-Projekt soll die Wettbewerbsfähigkeit Europas im Katalysatorbereich für die Wasserstoffherstellung fördern. Die APR-Technik ermöglicht eine effiziente, nachhaltige Kraftstoffherstellung aus Biomasse und senkt hierdurch die Abhängigkeit Europas von fossilen Brennstoffen.