SulfROX - Schwefeloxidresistente Niedertemperatur-Oxidationskatalyse zum Wärmeverschub in Realabgasen (2023-2026, FFG)
Projektpartner: Ceram Austria GmbH, Institut für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes (Montanuniversität Leoben)
Die Sicherstellung einer möglichst vollständigen und weitgehend schadstofffreien Konvertierung ist eine wichtige Herausforderung bei allen Arten von Verbrennungsprozessen. Dies gilt in besonderem Maße sowohl für konventionelle, kohlenstoffbasierte, industrielle Verbrennungen, wie sie nach wie vor beispielsweise in Zementwerken oder in der Eisen- und Stahlerzeugung eingesetzt werden, als auch für zukunftsweisende nachhaltig produzierte Energieträger, beispielsweise in Form von e-Fuels oder Biogas. Die Vermeidung einer Wirkungsgradminderung durch unverbrannte gasförmige Verbrennungsrückstände ist einerseits aus Gründen der Energieeffizienz, andererseits aus Klimaschutzüberlegungen ein Gebot der Stunde. Die Ursache dafür ist in der Emission von Verbrennungsrückständen und intermediären Verbindungen wie Methan oder Lachgas zu suchen, welche ein im Vergleich zu Kohlendioxid vielfach höheres Treibhauspotential mit sich bringen und/oder zu toxischer Folgechemie beitragen, wie etwa in Form von bodennahem Ozon.
Die Oxidationskatalyse ist eine bewährte Technik, um Verbrennungsrückstände, wie Kohlenmonoxid, Lachgas oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe auch bei niederem Abgastemperaturniveau vollständig umzusetzen und die damit einhergehende Abgastemperaturerhöhung für weitere Abgasbehandlungsschritte, wie etwa Entstickungsmaßnahmen („DeNOxing“) vorteilhaft nutzen zu können. Die Implementierung derartiger Emissionsminderungsmaßnahmen für reale und feuchte Abgasströme wie beispielsweise aus industriellen Anlagen oder Biomassefeuerungen erfordert jedoch robuste Katalysatoren. Diese müssen insbesondere eine hohe Schwefeloxidtoleranz aufweisen, da bestehende Oxidationskatalysatoren, meist auf Edelmetallbasis, bereits durch sehr geringe Konzentrationen von Schwefeloxiden geschädigt werden.
Das gegenständliche Projekt SulfROX beschäftigt sich mit der Forschung an edelmetallfreien Oxidationskatalysatoren aus Mischoxiden, genauer gesagt der Erforschung von kristallinen eisengruppenelementhaltigen Mineralphasen, deren Oberflächenacidität als maßgeblicher Schutzfaktor gegen einen schwefelsauren Angriff optimiert werden soll. Mit den chemischen Umsetzungen einhergehende Umwandlungen von Mineralphasen werden durch maßgeschneiderte in-situ Diagnostik detektiert und tragen zur Mechanismus-Aufklärung bei. Für geeignet erscheinende Aktivmaterialien werden im Projekt Synthesewege unter weitgehend nebenproduktfreien Green-Chemistry Gesichtspunkten entworfen. Ausgehend von Materialien mit hoher Verfügbarkeit werden diese Materialien für Performancetests in keramikgeträgerte Modellwabenkörper überführt. Die Forschungsaktivität legt damit die Grundlage einer zukünftigen Generation von Oxidationskatalysatoren, die einen wesentlichen Beitrag zur Einhaltung aktuell in Verschärfung befindlicher Luftreinhaltungsregularien im EU-Kontext und darüber hinaus leisten werden.