Katalytische Dehydratisierung von Ameisensäure mit WGS-Reaktion

Ein alternativer Ansatz zur Herstellung von Wasserstoff aus Ameisensäure besteht darin, ein zweistufiges Verfahren zu entwickeln, wobei zunächst Ameisensäure durch saure Katalysatoren in der Gasphase dehydratisiert wird. Das hierbei gebildete Kohlenmonoxid (CO) und Wasser (H₂O) werden anschließend durch die Wasser-Gas-Shift-Reaktion (WGS) zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂) umgesetzt.

Die Dehydratisierung von Ameisensäure erfolgt unter Verwendung von Brønsted-sauren Katalysatoren. Im Vergleich zur Dehydrierung sind dafür deutlich günstigere heterogene Katalysatormaterialien wie saure Zeolithe, Ionenaustauscherharze oder Metallphosphate geeignet. Die Dehydratisierung verläuft im Vergleich zur Dehydrierung deutlich stabiler, da eine CO-Vergiftung der sauren Katalysatoren kaum erfolgt. Dennoch kann eine Deaktivierung über längere Zeiträume durch Verkokungsvorgänge erfolgen, was durch die Entwicklung von neuen Katalysatoren mit einstellbarer Azidität gelöst werden soll.

Es wird angestrebt, die Dehydratisierung bei hohen Umsätzen durchzuführen, um optimale Ausgangsbedingungen für die WGS-Reaktion zu schaffen und den nachfolgenden WGS-Katalysator vor Ameisensäurekontakt zu schützen. Durch die thermodynamische Gleichgewichtslimitierung und die Exothermie der WGS-Reaktion soll diese bei Temperaturen zwischen 100-200°C durchgeführt werden um die CO- Konzentration auf den ppm Bereich zu reduzieren. Unteranderem sollen deshalb neuartige Katalysatorsysteme für die Niedertemperatur-WGS erprobt werden. Die hohe Aktivität dieser Katalysatoren ermöglicht eine sehr geringe CO-Bildung in der WGS-Reaktion, was eine Aufreinigung des Wasserstoffs auf Brennstoffzellenqualität erleichtert.