Nachhaltige Elektrosynthese

Weltweit übersteigt die Stromerzeugung den Bedarf der meisten Industrieländer (EIA, 2016). Diese Überproduktion und die zeitlich schwankende Verfügbarkeit erneuerbarer Energie führen zur Notwendigkeit, neue Wege zur Speicherung überschüssiger elektrischer Energie zu finden. Daher konzentrieren sich unsere Arbeiten auf die Entwicklung nachhaltiger elektrochemischer Syntheseprozesse, bei denen erneuerbare elektrische Energie als Triebkraft für chemische Reaktionen genutzt und dadurch in der Form chemischer Bindungen gespeichert wird. Durch die Verwendung weithin verfügbarer erneuerbarer Rohstoffe wie Kohlenstoffdioxid, Wasser und Biomasse wollen wir eine wichtige Säule für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft etablieren.

CO₂‑Reduktion

Kohlenstoffdioxid (CO₂) ist ein Spurengas in der Atmosphäre, dessen Konzentration durch menschengemachte Emissionen stetig zunimmt und die Durchschnittstemperatur der Erde ansteigen lässt. Um diesen klimaschädlichen Effekt abzuschwächen, können konventionell aus fossilen Rohstoffen produzierte Chemikalien durch erneuerbare Alternativen ersetzt werden.

CO₂ kann elektrochemisch zu wertvollen Energieträgern und anderen nützlichen Rohstoffen wie Synthesegas (einer Mischung aus Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff), Ameisensäure und Ethylen reduziert werden.

Zu diesem Zweck arbeiten wir an der Entwicklung von Elektrokatalysatoren und Verfahren für die elektrochemische Erzeugung verschiedener CO₂‑Reduktionsprodukte.

Wasserstoffperoxid

Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist ein wichtiges chemisches Produkt, das in verschiedenen Industriezweigen in großen Mengen eingesetzt wird. Gegenwärtig wird H₂O₂ durch das Anthrachinon‑Autoxidationsverfahren (AO) hergestellt, das energieaufwendig ist und Umweltrisiken birgt. Die elektrochemische Herstellung von H₂O₂ bietet eine Alternative für die dezentrale Produktion von H₂O₂ am Ort des Bedarfs. Vor diesem Hintergrund arbeiten wir an der elektrochemischen Zwei‑Elektronen‑Oxidation von Wasser (H₂O) zu H₂O₂, mit der wir eine hohe Effizienz und industriell relevante Konzentrationen erreichen.

• Konzeptionelle Entwicklungen, Analytik und Charakterisierung zu elektrochemischen Synthesen
  
• Entwicklung und Optimierung von Elektrokatalysatoren, Elektroden und Elektrolysezellen für eine Vielzahl von Anwendungen
  
• Kunden- und anwendungsspezifische Prozess-, Technologie- und Prototypenentwicklung
  
• Simulation und Modellierung
  
• Scale up, Prozess- und Anlagendesign

• Pangotra et al., Electrochemical Water Oxidation to Hydrogen Peroxide on Bipolar Plates, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2023, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.2c06314.
• Pangotra et al., Anodic generation of hydrogen peroxide in continuous flow, Green Chemistry, 2022, https://doi.org/10.1039/D2GC02575B.
• Pangotra et al., Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials, Applied Catalysis B: Environmental, 2021, https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0926337321009735.
• Perry, Pangotra et al., Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen, Nature Reviews Chemistry, 2019, https://doi.org/10.1038/s41570-019-0110-6.