Georg Simson

Werdegang

Forschungsprojekt

Methanol gehört bezogen auf die Weltjahresproduktion zu den Top Ten der Basischemikalien (2004: 32,1 Mio. Tonnen). Einsatz findet Methanol sowohl als Rohstoff für viele chemische Produkte, wie auch als Energieträger beispielsweise  in neuen, mobilen Stromquellen, wie der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC). Der DMFC wird das Potential zugesprochen, wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien in tragbaren elektronischen Geräten zu ersetzen. Eine Reihe von führenden Herstellern von Notebooks und Mobiltelefonen wie z.B. Toshiba, Hitachi und Fujitsu haben bereits Prototypen entwickelt, die mit einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgestattet sind.

Aufgrund der steigenden Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten nimmt die weltweite Produktionskapazität von Methanol weiter zu. In der großindustriell durchgeführten Methanolsynthese werden seit den sechziger Jahren nach dem ICI-Verfahren Cu/ZnO-Katalysatoren eingesetzt, die nach der wässrigen Cofällungsmethode hergestellt werden. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten im Bereich der Methanolsynthese und der Herstellung dieser Katalysatorsysteme, sind noch zentrale Fragen wie die Charakterisierung des katalytisch aktiven Zentrums oder des Einflusses der Prozessparameter bei der Darstellung der Katalysatoren auf die spätere Katalyseaktivität ungeklärt. Die katalytischen, optischen und elektronischen Eigenschaften der Nanomaterialien werden stark von ihrer Größe, Form und Struktur beeinflusst. Letztere wiederum werden durch eindeutig definierte Prozessparameter wie pH-Wert, Temperatur und Verweilzeit bei der Synthese der nanostrukturierten Partikel bestimmt.

Trotz bemerkenswerter Fortschritte im Bereich von Effizienz und Sicherheit bei großen Batch-Reaktoren, die heute zur Synthese der Katalysatorvorstufen eingesetzt werden, sind Temperaturkontrolle und effiziente Durchmischung der Reaktanden weiterhin große Herausforderungen. Die Mikroreaktionstechnik bietet mit dem Einsatz von Mikroreaktoren, die aufgrund eines verbesserten Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisses eine bessere Temperaturkontrolle ermöglichen und durch die sehr effiziente Vermischung im Reaktor Konzentrationsgradienten vermeiden, vollkommen neue Wege zur Synthese nanostrukturierter Partikel.

Eine neuartige Syntheseroute für Nanomaterialien stellt die kontinuierliche Cofällung von Katalysator-Precursormaterial in Mikroreaktoren dar. Bei diesem kontinuierlichen Verfahren können die Fällungsbedingungen zeitlich und örtlich konstant gehalten werden und durch die einheitlichen Prozessparameter werden Partikel mit einheitlichen Eigenschaften, wie Größe, Form und Struktur erhalten.

Ziel der Forschungsarbeiten ist es, ein tiefergehendes Verständnis des Systems zur kontinuierlichen Fällung von nanostrukturierten Partikeln in Mikroreaktoren zu erhalten. Von entscheidender Bedeutung ist dabei der Einfluss der Reaktionsparameter auf die katalytischen Eigenschaften der binären und ternären Katalysatorsysteme. Die im kontinuierlichen System dargestellten Partikel dienen als Precursormaterialien für Katalysatoren zum Einsatz in der industriellen Methanolsynthese.