POWER2HYPE – Elektrochemische Herstellung von Wasserstoffperoxid – Weiterentwicklung in internationalem Großprojekt

Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein umweltfreundliches und in der Chemieindustrie weit verbreitetes Oxidationsmittel. Die klassische Herstellungsmethode ist jedoch teuer und nicht für eine dezentrale Anwendung geeignet. Im Projekt CO2EXIDE wurde bereits ein alternatives elektrochemisches Verfahren zur anodischen Oxidation von Wasser (H2O) zu H2O2 in einer kontinuierlichen Fließzelle entwickelt. Dieses wird nun im von der EU geförderten Projekt POWER2HYPE zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung weiterentwickelt und demonstriert.

Bei der Herstellung von H2O2 durch anodische Oxidation von Wasser sind verschiedene Parameter zu berücksichtigen und zu optimieren
© Fraunhofer IGB
Bei der Herstellung von H2O2 durch anodische Oxidation von Wasser sind verschiedene Parameter zu berücksichtigen und zu optimieren

Wasserstoffperoxid (H2O2) ist ein in der chemischen Industrie weit verbreitetes Oxidationsmittel. Es gilt als umweltfreundlich, da es bei der Zersetzung nur Wasser und Sauerstoff freisetzt. Gegenwärtig basieren 95 Prozent der jährlichen H2O2-Produktion von etwa 5,5 Millionen Tonnen auf dem Anthrachinon-Verfahren – einer kostspieligen Methode, die für dezentrale Anwendungen in kleinem Maßstab nicht praktikabel ist. Alternativ kann H2O2 elektrochemisch über die Reduktion von Sauerstoff (O2) oder die Oxidation von Wasser (H2O) synthetisiert werden. Dieser Weg ist nicht nur kosteneffizient, sondern sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab anwendbar.

 

Erfolgreiche anodische Oxidation in kontinuierlicher Fließzelle

Im Rahmen des von der EU geförderten CO2EXIDE-Projekts haben Forscher am Fraunhofer IGB bereits ein Verfahren zur Zwei-Elektronen-Oxidation von Wasser (H2O) zu H2O2 entwickelt. Verschiedene kohlenstoffbasierte Materialien, darunter Kohlepapier, Bor-dotierter Diamant und Graphit-Bipolarplatten, wurden als Anoden für die elektrochemische Synthese von H2O2 bei hohen Stromdichten in einer kontinuierlich arbeitenden Fließzelle untersucht. Eine breite Palette von Betriebsparametern, etwa von Elektrolytkonzentration, pH-Wert und dem Einsatz eines chemischen Stabilisators, wurde getestet und erfolgreich im Hinblick auf eine hohe Selektivität der H2O2-Erzeugung optimiert [1–3].

 

Weiterentwicklung und Demonstration

Das neue europäische Projekt POWER2HYPE, das durch das EU-Programm Horizon Europe gefördert und vom Fraunhofer IGB koordiniert wird, baut auf den genannten Vorarbeiten auf. Zentrales Projektziel ist die weitere Entwicklung und die Demonstration eines nachhaltigen Verfahrens zur Produktion von Wasserstoffperoxid.

In einem innovativen, maßgeschneiderten Elektrolyseur soll H2O2 sowohl an der Kathode als auch an der Anode produziert werden, und zwar aus Luft und Wasser als einzige Ausgangsstoffe und unter Nutzung erneuerbaren Stroms als Energiequelle. In POWER2HYPE werden die Forscher des Fraunhofer IGB gemeinsam mit ihren Projektpartnern das Zielprodukt H2O2 auf elektrochemischem Wege in hohen Konzentrationen (von 20 bis 99 Gew.-%) herstellen. Auf diese Weise kann elektrosynthetisiertes Wasserstoffperoxid für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden, von der Abwasserreinigung über Bleichmittel bis hin zur Nischenanwendung als Treibstoff.

Literatur

[1] Pangotra, D.; Csepei, L. I.; Roth, A.; Ponce de León, C.; Sieber, V.; Vieira, L. (2022) Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials, Applied Catalysis B: Environmental 303, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120848
https://publica.fraunhofer.de/entities/publication/2705a16d-539c-403c-908a-f957299f1054/details

[2] Pangotra, D.; Csepei, L. I.; Roth, A.; Sieber, V.; Vieira, L. (2022) Anodic generation of hydrogen peroxide in continuous flow, Green Chemistry 24: 7931−7940, DOI: 10.1039/d2gc02575b
[Abb.] Reproduziert aus Green Chemistry 24, 7931−7940, mit Genehmigung der Royal Society of Chemistry

[3] Pangotra, D.; Roth, A.; Sieber, V.; Vieira, L. (2023) Electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide on bipolar plates, ACS Sustainable Chemistry & Engineering , DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06314

Projektinformationen

Projekttitel

POWER₂HYPE – Elektrochemische Herstellung von Wasserstoffperoxid – Weiterentwicklung in internationalem Großprojekt

 

Projektlaufzeit

Januar 2023 – Dezember 2026

 

Projektpartner

  • Wageningen University, Niederlande
  • Stichting Wageningen Research, Niederlande
  • Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Deutschland
  • DIACCON, Deutschland
  • Energieinstitut an der Johannes Kepler Universitat Linz Verein, Österreich
  • SOLVAY SA, Belgien
  • Tecnicas Reunidas SA, Spanien
  • SGL Fuel Cell Components GmbH, Deutschland
  • Solvge B.V., Niederlande
  • Globaz, S.A., Portugal
  • IRIS Technology Solutions, Sociedad Limitada, Spanien

 

Projektkoordination

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB (Dr. Arne Roth)

 

Förderung

REPowerEU (Grant agreement ID: 101091934)