veröffentlicht am Sonntag, 19. November 2023
Magdeburg. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg um den Chemie- und Bioingenieur Ronny Tobias Zimmermann hat einen der Umweltpreise 2023 der Landeshauptstadt Magdeburg, 1. Platz in der Kategorie „Forschung“, erhalten für die Erfindung von neuartigen Kern-Schale-Katalysatoren für den last-flexiblen Betrieb zukünftiger Power-to-X-Prozesse. Mit Hilfe dieser einfach herzustellen Katalysatoren können effiziente, sichere und kostengünstige Reaktoren und Prozesse entwickelt werden, die eine großtechnische Produktion chemischer Energieträger ermöglichen.
Ronny Tobias Zimmermann, M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jens Bremer, Bianka Stein, Markus Ikert und Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher (Leitung), alle Mitglieder der Abteilung Prozesstechnik am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg, wurde am 16. November 2023 einer der Umweltpreise der Landeshauptstadt Magdeburg verliehen. Sie erhielten den 1. Platz in der Kategorie „Forschung“.
In ihrer gemeinsamen Forschungsarbeit entwickelte das Team von Verfahrens- und Energietechnikern, Chemie- und Bioingenieuren und Laborassistentinnen und -assistenten einen neuartigen Katalysator für den Einsatz in katalytischen Festbettreaktoren. Diese gelten als die zentrale Schlüsseltechnologie für die kostengünstige großtechnische Umwandlung von Kohlendioxid in chemische Energieträger wie Methan, Methanol oder andere E-Fuels.
Die Wissenschaftler betreiben in der Technikumshalle des Instituts eine prototypische Reaktoranlage, mit der überschüssige erneuerbare Energie in synthetischem Erdgas gespeichert werden soll. Die Herausforderung besteht darin, Reaktoren zu entwickeln, die nicht nur bei konstanten Nennlasten, sondern auch flexibel bei unterschiedlichen Teillasten, bedingt durch zeitliche Schwankungen im Angebot erneuerbarer Energien, effizient und sicher arbeiten können.
Einfach herstellbare Kern-Schale-Katalysatoren senken die Reaktortemperatur
Bei der Umsetzung von grünem Wasserstoff und Kohlendioxid in einem Power-to-X Festbett-Reaktor wird Wärme frei. Bei flexiblen Lasten kann dies zu einer überhöhten Reaktortemperatur und in Folge dessen zu einem so genannten thermischen Durchgehen und Totalausfall des Reaktors führen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben herausgefunden, dass optimierte Katalysatoren die maximale Reaktortemperatur deutlich absenken, eine höhere Produktausbeute und geringere Konzentration an Nebenprodukten erzielen und schneller auf Lastwechsel antworten können.
Die optimierten Katalysatoren bestehen aus einem katalytisch aktiven Kern, der von einer inaktiven, porösen Schale umgeben ist. Diese Schale wird mittels Wirbelschichtverfahren aufgetragen. Mit der richtigen stofflichen, physikalisch-chemischen Zusammensetzung der inaktiven Schale wird das Risiko eines thermischen Durchgehens des Reaktors vollständig ausgeschlossen.
Die Wissenschaftler modifizierten im Experiment bereits kommerziell verfügbare Standard-Katalysatoren mit dem Wirbelschichtverfahren und konnten die Wirksamkeit erfolgreich demonstrieren. Die einfache Herstellbarkeit der Kern-Schale-Katalysatoren erlaubt es, effiziente, sichere und kostengünstige Reaktoren und Prozesse zu entwickeln, die eine großtechnische Produktion chemischer Energieträger ermöglichen.
Der 1. Platz in der Kategorie „Forschung“ ist mit einem Preisgeld von 2.500 Euro verbunden. Der Preis wurde am 16. November 2023 im Gesellschaftshaus Magdeburg übergeben.
Über das Forscherteam des Max-Planck-Instituts Magdeburg
Ronny Tobias Zimmermann studierte Chemie- und Bioingenieurwesen (M.Sc.) an der FAU Erlangen-Nürnberg und erhielt seinen Master-Abschluss im Jahr 2018. Von Mai 2018 bis Juni 2023 arbeitete er in der Abteilung Prozesstechnik (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher) am Max-Planck-Institut Magdeburg und konzentrierte sich auf die Auswirkungen des Designs von Katalysatorpellets auf den Betrieb von Festbettreaktoren für Power-to-Gas-Anwendungen. Aktuell ist Ronny Zimmermann für das Unternehmen Turn2X tätig.
Prof. Dr.-Ing. Jens Bremer studierte Energie- und Verfahrenstechnik an der TU Berlin. Seinen Master-Abschluss erlangte er 2014 an der TU Berlin, welcher mit einem Forschungsaufenthalt an der Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA, verbunden war. Von Oktober 2014 bis 2022 arbeitete er in der Abteilung Prozesstechnik (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher) am Max-Planck-Institut Magdeburg mit Fokus auf neuartigen Betriebsstrategien von Festbettreaktoren für die Flexibilisierung von Power-to-Gas-Anwendungen mit einem Brückenschlag zwischen Modellierung, numerischen Algorithmen und experimentellen Untersuchungen. Anfang 2022 wurde er zum Juniorprofessor für Chemische Energiespeicherung an die TU Clausthal berufen.
Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher studierte Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der Universität Hannover und an der TU Clausthal. Am Institut für Chemische Verfahrenstechnik der TU Clausthal wurde er im Jahr 1995 promoviert. Nach einem Forschungsaufenthalt an der University of Newcastle, Großbritannien, habilitierte er sich und folgte im Jahr 1999 dem Ruf der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg auf den Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik. Im Jahr 2001 wurde er zum Direktor und Wissenschaftlichen Mitglied des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg berufen. Hier leitet er die Abteilung Prozesstechnik. In seinen aktuellen Forschungsprojekten befasst sich Prof. Sundmacher mit Themen der nachhaltigen chemischen Wandlung von Roh- und Reststoffen, mit der Speicherung erneuerbarer Energien, mit Power-to-X Technologien sowie mit modernen Konzepten der Bioökonomie.
Über den Umweltpreis der Landeshauptstadt Magdeburg
Die Landeshauptstadt Magdeburg ist Mitglied im Klimabündnis der europäischen Städte zum Erhalt der Erdatmosphäre. Sie hat sich das Ziel gesetzt, bis 2035 klimaneutral zu sein. Dieses Ziel ist nur umsetzbar, wenn eine Vielzahl verschiedenster Akteure – insbesondere durch zahlreiches bürgerschaftliches Engagement - in den vielfältigsten Bereichen aktiv wird.
Der Umweltpreis wird sowohl für die innovative und vorbildliche Nutzung und Erzeugung von Energien aber auch für die Entwicklung und Umsetzung zukunftsorientierter Projekte und Initiativen in den Themenbereichen Klimaschutz und Klimawandel vergeben. In einer Großstadt wie Magdeburg gibt es eine Vielzahl von Projekten, die den Klimaschutz zum Thema haben, aber bisher noch nicht öffentlich bekannt sind. Die öffentliche Verleihung des Umweltpreises ist eine Möglichkeit, diese Projekte einem weiteren Personenkreis zugänglich zu machen.
Die Vergabe des Preises ist auf die Zielgruppen „Wirtschaft/Betriebe/Unternehmen“, „Jugend und Private (Initiativen)“ sowie „Forschung (Sonderpreis)“ ausgerichtet.
Bildunterschrift: Ein Team des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg um den Chemie- und Bioingenieur Ronny Tobias Zimmermann hat einen der Umweltpreise 2023 der Landeshauptstadt Magdeburg, 1. Platz in der Kategorie „Forschung“, erhalten für die Erfindung von einfach herstellbaren Kern-Schale-Katalysatoren. V. l. n. r.: Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher, Markus Ikert, Bianka Stein, Ronny Tobias Zimmermann, M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jens Bremer.
Text: Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg
Foto: Nils Thomas/Max-Planck-Institut Magdeburg
