Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Das 2011 gegründete Institut für Katalyseforschung und –technologie des KIT bildet die Brücke von der grundlagenorientierten und angewandten Forschung bis zur Umsetzung in neue Technologien und Produkte für die Gebiete Katalyse und Prozesstechnologie katalytischer Prozesse. Schwerpunkte der Arbeiten sind die nachhaltige Nutzung alternativer Rohstoffe und deren Umwandlung in Energieträger und Wertstoffe und die damit einhergehende Entwicklung neuer katalytischer Systeme, basierend auf dem Verständnis der Vorgänge auf molekularer Ebene. Das Institut wird durch die programmorientierte Forschung der Helmholtz-Gemeinschaft grundfinanziert, größtenteils im Forschungsbereich Energie im Programm Materialien und Technologien für die Energiewende.
Technische Nanokatalysatoren sind komplexe Kompositmaterialien, welche über nanostrukturierte Aktivkomponenten verfügen. Sie werden zur Herstellung von Chemikalien, der Umwandlung von Energie und der Abgasbehandlung eingesetzt. Aufgrund ihrer industriellen Relevanz wurde im Forschungsvorhaben „Energieeffizienz für Industrie und Gewerbe“ (EE4InG) am 07.05.2021 der Online-Workshop „Technische Nanokatalysatoren in Industrie und Gewerbe“ durchgeführt. Hierbei diskutierten Vertreter aus Industrie, Wissenschaft und Politik aktuelle Potentiale, Perspektiven und Trends. Gezielte Nanostrukturierungen ermöglichen dabei inkrementelle Verbesserungen katalytischer Prozesse oder die Entwicklung komplett neuer katalytischer Reaktionsführungen. Beide Strategien können zu ökonomischen und ökologischen Vorteilen führen. Für weitere Informationen können Sie sich gern an Herrn Prof. Dr.-Ing Jörg Sauer und Herrn Philipp Haltenort wenden.
Das Projekt EE4InG identifiziert und bewertet neue Effizienztechniken im Bereich von Industrie und Gewerbe und entwickelt Forschungsempfehlungen für die Weiterentwicklung der Technologien. Das Vorhaben begleitet das Forschungsnetzwerk „Energie in Industrie und Gewerbe“, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) initiiert und vom Projektträger Jülich (PtJ) getragen wird.
Die katalytische Hydrierung von CO2 ist ein vielversprechender Ansatz, um große Mengen an erneuerbarer Energie zu speichern und dabei gleichzeitig CO2-Emissionen zu reduzieren (P2X-Konzept). Marc-André Serrer (IKFT), Matthias Stehle (ITCP) und weitere Kolleginnen und Kollegen am IKFT, ITCP und IAM-AWP haben den Reaktionsverlauf entlang eines konventionellen Ni-basierten und eines fortschrittlichen Ni-Fe-basierten Katalysators während der CO2-Methanisierung in einem Festbettreaktor aufgedeckt. Durch die Verwendung eines neuen Setups konnten sie somit Änderungen der Aktivität, Selektivität und Temperatur entlang des Katalysatorbetts untersuchen. Ergänzende ortsaufgelöste Strukturuntersuchungen mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie zeigten, dass der Oxidationszustand von Fe durch die zunehmende Menge an Wasser entlang des Katalysatorbetts stark beeinflusst wird. Darüber zeigte Infrarotspektroskopie, dass Fe-Spezies die Aktivität des bimetallischen Katalysators erhöhen, indem sie aktive Ni0-Zentren vor stark adsorbiertem CO schützen. Somit unterstreicht dieses Beispiel nicht nur die Notwendigkeit, Gradienten in chemischen Reaktoren zu berücksichtigen, sondern auch, dass diese sogar für ein besseres Verständnis ausgenutzt werden können.
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Das Institut für heiße Chemie, IHCh, Vorgänger unseres heutigen IKFT, wurde 1959 als mit dem Ziel gegründet, Möglichkeiten der Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe zu erforschen. Zu den Aufgaben gehörte, dafür innovative Prozesse zu entwickeln und sie für eine industrielle Nutzung zu qualifizieren. Die wissenschaftlich-technischen Herausforderungen bestanden über einen Zeitraum von 30 Jahren vor allem darin, vielfältige radioaktive Stoffe mit hoher Ausbeute und nahezu Nullemission zuverlässig und bei hoher Anlagenverfügbarkeit aus dem hochabgebranntem Kernbrennstoff von Leistungsreaktoren voneinander zu trennen. Dazu wurden vor allem extraktive und elektrochemische Verfahren im Labor und großen Pilotanlagen mit der seinerzeit maximalen Umgangsgenehmigung von 5 kg Plutonium untersucht. Die technischen Arbeiten wurden ergänzt durch Grundlagenforschung an Radionukliden und Prozessmodellierung. Zuletzt beteiligte sich das IHCh am richtungsweisenden GALLEX-Projekt zum Nachweis von Sonnenneutrinos, bei dem ein großskaliger radiochemischer Detektor in einem Untergrundlabor in Italien zum Einsatz kann. Diese historische Entwicklung und die Nutzbarmachung der vielfältigen Kompetenzen für neue Forschungsprojekte in der 90er Jahren fasst ein im Juni erschienener Artikel in Chemie Ingenieur Technik zusammen.
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Dr. Vladimir Akhmetov, Post-Doctoral Researcher
(Martin-Luther-University, Halle, Germany)