Elektrooxidation/-reduktion

Die Vorteile der elektrochemischen Oxidation liegen in ihrem breiten Einsatzbereich, sowie in der Tatsache, dass keine Chemikalien zugegeben werden müssen. Die Oxidation erfolgt zum Teil direkt an der Elektrodenoberfläche, zum Teil indirekt über an der Elektrode gebildete Radikale und Mediatoren, die über Diffusion und Konvektion im Gesamtvolumen des zu behandelnden Wassers wirken können. Das Verständnis dieser Reaktionsbestandteile ist notwendig, um die Reaktion energieeffizient zu gestalten und eine hohe Prozesssicherheit und Lebensdauer der Elektroden zu gewährleisten. Hierzu gehört ein für den jeweiligen Anwendungsfall sinnvolles Elektrodenmaterial (Bor-dotierte Diamantschicht BDD, Iridium-Mischoxid, Iridium/Ruthenium-Mischoxid, Platinbeschichtung) sowie eine angepasste Stromdichte und Führung der Flüssigkeitsströmung. In Elektrolysezellen am IGB konnte beispielsweise der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) und Ammoniumgehalt von Deponiesickerwasser unter die Einleitungsgrenzwerte gesenkt werden. Die Entfärbung von Prozesslösungen und der CSB-Abbau in der Molkereiindustrie werden derzeit eingehend untersucht.

Anodische Oxidation und kathodische Reduktion

Die Wasserströmung im Kathodenraum kann vom Anodenraum durch eine poröse Schicht oder eine Ionenaustauschmembran abgetrennt und ganz gezielt für Reduktionsreaktionen genutzt werden. Positive Beispiele sind hier Entfärbungsreaktionen und die Dehalogenierung organischer Moleküle. In Elektrolysezellen am IGB konnten Wasserfärbung und adsorbierbare organische Halogenverbindungen (Summenparameter AOX) zu über 90 Prozent kathodisch entfernt werden. Ist die Kathodenreaktion im Wasser nicht hilfreich, kann stattdessen über eine Gasdiffusionselektrode Wasserstoffperoxid erzeugt und additiv zur oxidativen Wasserbehandlung genutzt werden.

Ihre Herausforderungen

  • Etablierter (thermischer) Prozess ist teuer
  • Ungenutzte Halbzelle
  • Preiswerter Überschussstrom
  • Intermittierender Betrieb notwendig
  • Produkte durch konventionelle Prozesse schlecht zugänglich
  • Reaktionsträge Stoffe
  • GDL/E-Tests und -Benchmark
  • Etablierte Prozesse bedürfen eines hohen Einsatzes von Chemikalien, sind giftig oder gefährlich
  • GDL/E-Prozess reduziert die CO2-Bilanz

Unsere Entwicklung

  • Prozesse zur industriellen Anwendung der Elektrosynthese
  • Kundenspezifischer, adaptiver, elektrochemischer On-site-Prozess kann intermittierend betrieben werden
  • Preiswerterer elektrochemischer Prozess/Kostensenkung
  • Produkte sind elektrochemisch besser und direkter zugänglich
  • GDL/E-Empfehlung
  • Kombination und Abstimmung von Anoden- und Kathodenreaktion

Ihre Vorteile

  • Konstruktion auf Basis wissenschaftlichen Know-hows
  • Umfassendes Technologie-Portfolio
  • Industrierelevante Eigendaten und Testsysteme
  • Interdisziplinäres Team mit umfassender Erfahrung in der Prozess-/Systementwicklung
  • Modular kombinierbare Technologien sowie exklusive Technologien
  • Angewandte Elektrochemie mit industrierelevanter Umsetzung
  • One-Stop-Shop

Unsere Leistungen

  • Informationsbasis für Beratungen
  • Entscheidungsunterstützung und Handlungsempfehlung
  • Parameter für Konstruktionen
  • Performanz-Daten für Auslegungen
  • Technologietransfer und Systementwicklung

Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot.

Referenzprojekte

CELBICON – Kosteneffiziente Umwandlung von Kohlendioxid in Feinchemikalien durch Kombination von Adsorptions-, elektrochemischen und biochemischen Technologien

Laufzeit: März 2016 – Januar 2020

Ziel des CELBICON-Projektes ist die Entwicklung von neuen »CO2-to-chemicals«-Technologien. Dieses Ziel wird durch die Kombination aus Absorption von CO2 aus der Luft, elektrochemischer CO2-Umsetzung zu C1-Intermediaten und einer abschließenden Fermentation der Intermediate zu höherwertigen Chemikalien erreicht.

Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff«

Laufzeit: August 2015 – September 2018

Im Leitprojekt »Strom als Rohstoff«, das Ende Oktober 2015 startete, soll Überschussstrom aus der Energiewende für die elektrosynthetische Herstellung von Basischemikalien erschlossen werden. Innerhalb des Projekts koordiniert das Fraunhofer IGB die Entwicklung eines neuen einstufigen Verfahrens, mit dem Ethen elektrochemisch in nur einem Verfahrensschritt aus CO2 und Wasser hergestellt werden soll.

demEAUmed – Demonstration integrierter Technologien für sichere geschlossene Wasserkreislaufsysteme in touristischen Einrichtungen im Mittelmeerraum

Laufzeit: Januar 2014 – Juni 2017

Das Projekt demEAUmed beschäftigt sich mit innovativen Ideen für einen optimalen und sicheren geschlossenen Wasserkreislauf im Euro-mediteranen Touristeneinrichtungen. Ziel ist die Reduzierung des Frischwasserverbrauchs in Hoteleinrichtungen, Grün- und Erholungsanlagen, durch alternative Wasserquellen wie behandeltes Grundwasser, Regenwasser sowie Wiederaufbereitung von Schmutzwasser.

OxFloc – Integrierte Wasseraufbereitung über ein einstufiges oxidativ-adsorptives Verfahren

Laufzeit:September 2013 – Dezember 2015

Im EU-Projekt OxFloc wurde ein integrierter Ansatz für die Wasseraufbereitung entwickelt: Über ein einstufiges oxidativ-adsorptives Verfahren sollten gefährliche Substanzen abgebaut und entfernt werden. Die Entwicklung soll es ermöglichen, in Zukunft nicht nur Betriebskosten der Abwasseraufbereitung zu senken, sondern einen weitreichenden Nutzen für die Umwelt zu erzielen.

ECOWAMA – Ökologisch effizientes Wassermanagement in der Fertigungsindustrie

Laufzeit: Oktober 2012 – September 2016

In dem von der EU geförderten Projekt ECOWAMA »ECO-efficient management of water in the manufacturing industry« entwickelt ein Projektkonsortium mit Partnern aus Forschung und Industrie unter der Leitung des Fraunhofer IGB ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur elektrochemischen Behandlung dieser Abwässer mit dem Ziel der Rückgewinnung der Wertstoffe und deren Wiederverwendung im Produktionsprozess.

REWAGEN – Abwasserreinigung mit Wasserstoff- und Energierückgewinnung in der Molkereiindustrie

Laufzeit: Juni 2012 – Mai 2016

Im EU-Projekt REWAGEN »Electrochemical WAter treatment system in the dairy industry with hydroGEN REcovery and electricity production« entwickelt ein europäisches Projektkonsortium mit Partnern aus Forschung und Industrie unter der Leitung des Fraunhofer IGB ein mehrstufiges Verfahren zur effizienten elektrochemischen Behandlung von Prozess- und Abwässern aus der milchverarbeitenden Industrie.

ConductMem – Leitfähige Membran als oxidative Oberfläche zur Vermeidung von Biofilmen und Ablagerungen

Laufzeit: November 2011 – Oktober 2013

Das EU-Projekt ConductMem zielt auf die Entwicklung eines Systems, in dem die Ausbildung eines Biofilms durch keimtötende oxidative Substanzen dauerhaft vermieden wird. Die oxidativen Substanzen sollen dabei von der Filtermembran selbst elektrolytisch erzeugt werden.

Cleanleachate – Aufbereitung von Deponiesickerwasser

Laufzeit: Dezember 2010 – November 2011

Beim Zerfall der auf Mülldeponien gelagerten Abfälle entsteht Deponiesickerwasser. Dieses darf nicht in die Umwelt gelangen, da es gesundheitsschädliche Substanzen in erheblicher Konzentration enthält. In diesem Projekt wird ein oxidatives Behandlungsverfahren (AOP) mit einer neuartigen, für Deponiesickerwasser optimierten Elektrolysezelle entwickelt.

Entfärbung von organischen Farbstoffen durch anodische Oxidation

Im Hinblick auf die Aufbereitung realer Abwässer aus der Textilindustrie wurden in orientierenden Versuchen ein molekular gelöster organischer Farbstoff und ein feinpartikulärer organischer Farbstoff zu mehr als 90 Prozent abgebaut – bis die Flüssigkeiten dem menschlichen Auge farblos erschienen. Die Studie umfasste auch die Ermittlung der energieeffizientesten Prozessparameter sowie eine vergleichende Charakterisierung der Abbauprodukte.