Postdoc - Elektrochemie - Elektrolyse der nächsten Generation
Sie möchten gemeinsam mit uns den Strukturwandel im Rheinischen Revier aktiv mitgestalten? Bei uns haben Sie die Chance, das 2021 gegründete Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE) weiter aufzubauen und mit Ihren Ideen zu begleiten. Das IHE bildet mit der H2-Demonstrationsregion das Helmholtz-Cluster für nachhaltige und infrastrukturkompatible Wasserstoffwirtschaft (HC-H2). Hier werden wissenschaftliche Grundlagen im Bereich innovativer Wasserstofftechnologien gelegt, um Forschungs- und Entwicklungsansätze mit hohem Nachhaltigkeitspotential und attraktiven Wirtschaftlichkeitsaussichten voranzutreiben.
Sie werden dem Institutsbereich Reaktionstechnik für die chemische Wasserstoffspeicherung (IHE-3) angehören. Hier stehen die detaillierte Untersuchung der Prozesse und Prozessumgebungen von Wasserstoff- und Wasserstoffträger-Technologien im Vordergrund. Des Weiteren entwickelt das IHE-3 instrumentelle analytische Methoden zur Unterscheidung von fossilem und erneuerbarem Wasserstoff und Wasserstoff-Derivaten. Wenn Sie Interesse an den Themen Energiewende, Nachhaltigkeit und chemische Wasserstoffspeicher haben, dann sind Sie hier in Ihrem Element. Werden Sie Teil des Teams und arbeiten Sie mit an Methoden zur Herkunftsanalyse von nachhaltigen Wasserstoff-Energieträgern!
Ihre Aufgaben im Team
Die großskalige Wasserstoffproduktion für den globalen Transport scheitert derzeit oft noch an einem grundlegenden Konflikt: Industrieanlagen, die Wasserstoff in eine transportfähige Form (z.B. Ammoniak) bringen, benötigen für einen wirtschaftlichen Betrieb eine konstante Wasserstoffversorgung, doch erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie sind zwar günstig unterliegen aber einer intrinsischen Volatilität. Diese Diskrepanz kann aktuell nur durch kostenintensive Speichertechnologien ausgeglichen werden.
Unsere Idee für einen neuartigen Elektrolyseprozess setzt an diesem Zielkonflikt an: Durch die Trennung der energieintensiven Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) von der Wasserstoffproduktionsreaktion (HER) können diese zeitlich und räumlich entkoppelt werden. Elementares Zink in Form einer hochbeladenen Suspension dient dabei als Redox-Intermediat und fungiert als chemisches Speichermedium, während die Zinksuspension in Tanks zwischengelagert wird. Als technisches Vorbild dienen Flussbatterie-Konzepte für die Zink-Luft-Batterie.
In einem ersten Schritt wird gelöstes Zinkoxid unter Freisetzung von Sauerstoff zu Zink reduziert. Dieser Schritt erfordert viel Energie und läuft daher nur ab, wenn günstige erneuerbare Energie verfügbar ist. Im zweiten Schritt reagiert Zink mit Wasser zu Zinkoxid und Wasserstoff. Dieser Schritt erfordert sehr wenig Energie und kann daher kontinuierlich betrieben werden. Der Prozess benötigt keine Edelmetalle, teure Ionentauschermembranen oder sonstige kritische oder teure Rohstoffe.
Das Ergebnis sind vier entscheidende Vorteile: Erstens ermöglicht es eine kostengünstige Produktion durch direkte Nutzung volatiler Energiequellen ohne Stabilisierungssysteme. Zweitens erlaubt es kontinuierlichen Betrieb trotz intermittierender Energiequelle. Drittens entfallen die Anforderungen an integrierte Stromnetze. Viertens spart es die zusätzlichen Kosten für redundante Infrastruktur ein.
- Identifizierung geeigneter Elektrodenmaterialien für den vorgeschlagenen Prozess.
- Entwicklung und Etablierung technischer Mess- und Charakterisierungs-Verfahren von Elektrolyseprozessen mit Suspensionselektroden.
- Experimentelle Charakterisierung elektrochemischer Prozesse (Zyklovoltametrie, etc.).
- Durchführung und Auswertung elektrochemischer Experimente zur Charakterisierung und Optimierung des Prozesses
- Veröffentlichung und Präsentation der Ergebnisse in hochrangigen und anerkannten Zeitschriften sowie auf nationalen und internationalen Konferenzen.
- Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern aus anderen Forschungsdisziplinen
- Unterstützung