Forschung

Die chemische Industrie steht vor der zentralen Herausforderung, ihre Prozesse in den kommenden Jahrzehnten klimaneutral zu gestalten. Ein vielversprechender Ansatz zur Dekarbonisierung klassischer Syntheserouten ist der verstärkte Einsatz elektrochemischer Verfahren. Zusätzlich bieten elektrochemische Reaktionen den Vorteil, dass toxische oder gefährliche Oxidations- bzw. Reduktionsmittel ersetzt werden. Bei Hydrierungsreaktionen lässt sich der benötigte Wasserstoff in Form von Protonen direkt in situ durch Wasserelektrolyse bei Raumtemperatur bereitstellen. Dies führt zu einem sicheren, schonenden und umweltfreundlichen Alternative im Vergleich zu thermochemischen Verfahren, da hier extreme Drücke und Temperaturen vermieden werden.

Trotz dieser Vorteile ist der Anteil elektrochemischer Verfahren an der industriellen Produktion bislang vernachlässigbar. Ein Grund hierfür sind die Schwierigkeiten beim Maßstabsübergang: Im Labor werden elektroorganische Reaktionen meist in Batch-Zellen charakterisiert, deren Scale-up jedoch unattraktiv ist. In der industriellen Produktion dominieren daher Durchflusszellen.

Die Übertragung der optimalen Reaktionsparameter von Batch- auf Durchflusszellen ist jedoch nicht trivial: Unterschiede in Hydrodynamik, Stofftransport, Elektrodengeometrie und Zellarchitektur führen häufig zu unvorhersehbaren Änderungen von Umsatz und Selektivität, sodass eine einfache Skalierung von „Batch to Flow" nicht möglich ist und ein erneutes, ressourcenintensives Screening erforderlich wird. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich meine Forschung verstärkt mit den Grundlagen der Übertragbarkeit elektrochemischer Reaktionsparameter zwischen Batch- und Durchflusszellen.