Elektrochemische Zelle
© Fraunhofer IGB
Elektrochemische Zelle zur CO2-Reduktion.

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

Beispiel: Elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid für die Wasserreinigung vor Ort

In einem von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekt wurde die oxidative Wasseraufbereitung mit vor Ort erzeugtem Wasserstoffperoxid demonstriert und mit einer adsorptiven Entfernung von Schadstoffen aus Deponiesickerwasser in einem Schritt kombiniert.

Aus dieser Entwicklung heraus, der dezentralen elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoffperoxid, ist in der Folge ein eigenes Forschungsfeld geworden.

Elektrolytische Durchflusszelle

Kernstück der Entwicklung ist eine flache Elektrolysezelle. Fließt ein elektrischer Strom, wird an der Anode Wasser oxidiert, wobei Protonen entstehen und der pH-Wert sinkt. An der Kathode, einer Gasdiffusionselektrode, die beispielsweise auch in Brennstoffzellen verwendet wird, wird zugleich Luftsauerstoff reduziert. Hierbei werden die Protonen verbraucht und Wasserstoffperoxid entsteht.

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.