Katalysatormaterialien (INW-2)
Chemische Energiespeicherung mit Fokus auf Funktionsmaterialien
Im Bereich 2 „Mesoskala“ des INW steht die Konfektionierung der katalytisch aktiven Zentren in einem geeigneten Katalysatorpellet oder katalytisch aktiven Formkörper im Vordergrund, um z. B. den Einsatz der entsprechenden Materialien in Großanlagen zu ermöglichen. Der Bereich untersucht und optimiert das komplexe Wechselspiel aus Stofftransport, Wärmetransport und katalytischer Reaktion auf Katalysatorpellet-Ebene. Verfahren zur chemischen Wasserstoffspeicherung zeichnen sich durch eine extreme Volumenveränderung im Reaktor als Funktion des Umsatzes aus.
Damit sind Fragestellungen der effizienten Zu- und Abfuhr von Reaktanden und Wärme entscheidend für die Leistungsfähigkeit des eingesetzten geformten Katalysators. Die verwendeten Katalysatormaterialen müssen daher nicht nur im Hinblick auf ihre Oberflächenchemie (Stabilisierung der Katalysatornanopartikel, Benetzung der Flüssigphase, Vermeidung von Nebenreaktionen durch Trägerazidität, etc.), sondern auch in Bezug auf ihr Porennetzwerk zur Optimierung der Stoff- und Wärmetransporteigenschaften weiterentwickelt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung in diesem Bereich sind Untersuchungen zum Edelmetall- und Metallrecycling von Katalysatoren, die am Ende ihres Betriebszyklus angelangt sind.
Für das Edelmetall- und Metallrecycling muss die Metallbeladung eines „verbrauchten“ Katalysators wieder in Lösung gebracht werden und aus der Lösung die aktive Metallkomponente möglichst vollständig zurückgewonnen werden. Diese Arbeiten sollen auf etablierten Verfahren zu Edelmetallrecycling (z. B. von Abgas-Katalysatoren von Verbrenner-Fahrzeugen) aufbauen und diese für die Aufarbeitung von Hydrier- und Dehydrierkatalysatoren adaptieren und optimieren.
29. September 2023: Neue Direktorin am Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft
Ab dem 1. Oktober leitet Prof. Dr. Regina Palkovits den Institutsbereich für Katalysatormaterialien (INW-2), einer von vier Bereichen am Institut für nachhaltige Wasserwirtschaft des Forschungszentrums Jülich. Copyright: — Forschungszentrum Jülich / Guido Jansen
Am neuen Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) des Forschungszentrums Jülich wird eine weitere wichtige Position besetzt. Ab dem 1. Oktober ist Prof. Dr. Regina Palkovits Direktorin am INW und übernimmt die Leitung des Institutsbereichs Katalysatormaterialien (INW-2). Sie hat zugleich einen Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen. Das INW bildet den Kern des Helmholtz-Clusters Wasserstoff (HC-H2). Ziel des Strukturwandel-Projekts ist, das Rheinische Revier zu einer Wasserstoff-Modellregion mit weltweiter Strahlkraft zu entwickeln. So sollen neue Arbeitsplätze in der klimaneutralen Energiewirtschaft der Zukunft entstehen.
„Der Aufbau des Helmholtz-Cluster Wasserstoff schreitet mit großen Schritten voran. Es freut mich, dass wir mit Prof. Regina Palkovits eine international renommierte Forscherin auf dem Gebiet der Wasserstofftechnik für das Leitungsteam des Instituts für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft am Forschungszentrum Jülich gewinnen konnten“, erklärt Dr. Peter Jansens, Mitglied des Vorstands am Forschungszentrum Jülich für den Bereich Energie und Klima. „Ihre Arbeit wird einen wichtigen Beitrag zum Strukturwandel im Rheinischen Revier leisten und ihm weiteren Aufschwung geben.“
Palkovits, die unter anderem bereits den Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen erhalten hat, reizt die besondere Herausforderung, die das INW mit sich bringt. „Das INW bietet die hochspannende Möglichkeit, neuartige Wasserstoff-Technologien von der Grundlagenforschung bis in die Anwendung zu bringen. Wir leisten in Deutschland exzellente Grundlagenforschung und haben auf vielen Gebieten die Technologie-Führerschaft. Nun ist es genau so wichtig, die gewonnenen Erkenntnisse in die Anwendung zu bringen, damit wir am Ende von unserer Führungsrolle profitieren.“
Als Chemie-Ingenieurin war die Nähe zur Anwendung Teil ihres Studiums. Mit ihrer Promotion am Max-Planck-Institut für Kohleforschung und ihrer Professur an der RWTH Aachen hat Palkovits viel Grundlagenforschung betrieben, dabei aber die Anwendbarkeit der neuen Technologien nie aus den Augen verloren. „Natürlich ist es großartig, für die eigene Grundlagenforschung mit namhaften Wissenschaftspreisen ausgezeichnet zu werden. Mir ist es aber genauso wichtig, dass die von mir entwickelten Katalysatoren in die Anwendung kommen und damit zum Fortschritt beitragen.“ Katalysator-Technologien sind der Schwerpunkt von Palkovits Forschung. Katalysatoren bezeichnet sie als Partnervermittler für Moleküle. Darum geht es bei der chemischen Speicherung von Wasserstoff: Wasserstoff-Moleküle gehen bei der Katalyse eine Bindung mit anderen Molekülen ein. Die so entstehende Verbindung erleichtert das Speichern, Lagern und Transportieren von Wasserstoff.
Grundlagenforschung zu Speicherung, Lagerung und Transport von Wasserstoff findet am INW in vier Institutsbereichen statt. In die Anwendung gebracht werden die neuen Technologien dann im Rahmen des Helmholtz-Clusters Wasserstoff (HC-H2). Das Cluster entsteht aus der Zusammenarbeit des INW mit anderen Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie. Im HC-H2 geht es um den Aufbau und die Demonstration neuartiger Wasserstoff-Technologien im Industriemaßstab. „Das ist eine große Stärke des INW. Es steht nicht für sich allein. Es ist eingebettet in ein Umfeld der Spitzenforschung, das aus dem Forschungszentrum und den umgebenden Universitäten besteht“, erklärt Regina Palkovits.
Als erstes wird die neue Direktorin ihr neues Team in Jülich aufbauen und zeitnah die ersten Stellen ausschreiben, um anschließend in die wissenschaftliche Arbeit einzusteigen. Mit Prof. Dr. Regina Palkovits und Prof. Dr.-Ing. Andreas Peschel sind die Institutsbereiche 2 und 4 am INW besetzt. Die Berufungsverfahren für das INW-1 und das INW-3 laufen.