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Abstract

Methanol ist neben Ammoniak und Ethylen eine der wichtigsten Grundchemikalien in der chemischen Industrie und ein hervorragender Wasserstoffträger aufgrund seines hohen Wasserstoff- zu Kohlenstoff-Verhältnisses (4/1). Methanol kann schon bei moderaten Temperaturen von 200-300 °C durch Dampfreformierung in Wasserstoff umgewandelt werden. Kommerziell wird ein Cu/ZnO/Al₂O₃-Katalysator, der auch bei der Methanol Synthese eingesetzt wird, für die Methanol-Dampfreformierung verwendet. Ein Nachteil dieses Katalysators ist die relativ hohe Konzentration von Kohlenmonoxid im Produktgas, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlendioxid besteht. Da das bei der Reaktion entstehende Kohlenmonoxid ein Gift für die Platinelektrode in der Brennstoffzelle ist, werden neue Katalysatoren gesucht, die eine hohe Aktivität in der Methanol-Dampfreformierung haben und gleichzeitig Kohlenmonoxid in nur geringen Mengen produzieren.
Aufgabe der vorliegenden Arbeit war, verschiedene Cu-Katalysatoren zu synthetisieren und diese in einer Testanlage für die Methanol-Dampfreformierung zu untersuchen. Die Materialien sollten einen hohen Methanol-Umsatz und dabei eine möglichst geringe Kohlenmonoxid-Bildung aufweisen. Da die Kohlenmonoxid-Produktion bei hohen Temperaturen ansteigt, sollten durch möglichst hohe Dispersion des Kupfers möglichst aktive Katalysatoren hergestellt werden, die befriedigende Umsätze bereits bei niedrigen Temperaturen erreichen. Um dieses Ziel zu erreichen sollten möglichst oberflächenreiche Trägermaterialien eingesetzt werden.
Im ersten Teil der Arbeit wurden Cu/ZnO-Katalysatoren auf mesoporösen Trägermaterialien und neuartige Cu/ZrO₂-Systeme, die nach verschiedenen Methoden (Mikroemulsionstechnik und Imprägnierung verschiedener Trägermaterialien) synthetisiert wurden, dargestellt. Ziel hierbei war, die Aktivkomponente Kupfer in einer hohen Dispersion auf die Feststoffkatalysatoren aufzubringen, da katalysierte Reaktionen an der Oberfläche der Aktivkomponente verlaufen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden diese Materialien in einer Testanlage für Methanol-Dampfreformierung auf ihre Aktivität, Kohlenmonoxid-Bildung und Langzeitstabilität untersucht und mit einem kommerziellen Cu/ZnO/Al₂O₃-Katalysator verglichen.