Untersuchung direkter und indirekter anodischer Elektrolysemethoden zur maßgeschneiderten Herstellung höherwertiger Produkte aus der Plattformchemikalie Glycerin

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die anodische Oxidation von Glycerin untersucht und mit der kathodischen Reduktion von Wasser zu Wasserstoff verbunden.

Zunächst wurde anhand dieser Stoffsysteme die Eignung der Elektrosynthese zur Stromnetzstabilisierung durch Simulation von Stromschwankungen geprüft. Es stellte sich heraus, dass die Reaktionen nur eine kurze Anlauf- und Aktivierungszeit benötigen und somit eine hochdynamische Anpassung an die Stromfluktuationen ermöglichen. Gleichzeitig haben die Fluktuationen keine erkennbaren Auswirkungen auf die anodische und kathodische Reaktion hinsichtlich der Reaktionsperformance, so dass das verwendete Stoffsystem ideal für die Regelleistungsarten geeignet ist.

Im Anschluss sollten mögliche Überspannungseffekte der Oxidation von Glycerin mithilfe von Ultraschall und Strompulsen minimiert werden, um die Reaktionsfähigkeit zu verbessern. Die Ergebnisse zeigten, dass der Stofftransport und die Oberflächenreaktion an Platin nicht inhibiert sind, da die angewandten Techniken zu keiner Verbesserung hinsichtlich der Reaktionskennzahlen führten. Entsprechend bestimmt möglicherweise die Durchtrittsüberspannung maßgeblich die kinetischen Vorgänge der ablaufenden Reaktion.

Des Weiteren wurden in dieser Arbeit verschiedene Ansätze der direkten und indirekten Elektrooxida-tion von Glycerin für die maßgeschneiderte Synthese von höherwertigen Produkten untersucht und verglichen. Für die direkte Elektrooxidation wurden mono- und bimetallische Katalysatoren als Elektrodenmaterialien eingesetzt. Bei den bimetallischen Katalysatoren wurde der monometallische Katalysator durch Verwendung eines weiteren Metalls modifiziert. Dabei lassen sich zwei Arten der Modifikationen unterschieden: Katalysatormodifikation durch Zweitkatalysatoren oder durch Promoter. Für die indirekte Elektrooxidation wurden Halogenide als anorganische und Nitroxide als organische Mediatoren verwendet. Die Wahl der bevorzugten Reaktionsmethode hängt dabei stark vom primären Reaktionsziel bzw. der bevorzugten Performancekennzahl ab, darunter eine hohe Reaktionsrate, das gewünschte Oxidationsprodukt und der Umfang der C-C-Bindungsspaltung. Dementsprechend wird mithilfe der Untersuchung ein Methodenkatalog für die elektrochemische Oxidation von Alkoholen bzw. Polyalkoholen bereitgestellt. Darüber hinaus wurden Möglichkeiten zur Optimierung der anodischen Umwandlung durch gezielte Variation der Reaktionsparameter aufgezeigt und die Herstellungsprozesse verbessert.