POWER₂HYPE – Elektrochemische Herstellung von Wasserstoffperoxid – Weiterentwicklung in internationalem Großprojekt

Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist ein in der chemischen Industrie weit verbreitetes Oxidationsmittel. Es gilt als umweltfreundlich, da es bei der Zersetzung nur Wasser und Sauerstoff freisetzt. Gegenwärtig basieren 95 Prozent der jährlichen H₂O₂-Produktion von etwa 5,5 Millionen Tonnen auf dem Anthrachinon-Verfahren – einer kostspieligen Methode, die für dezentrale Anwendungen in kleinem Maßstab nicht praktikabel ist. Alternativ kann H₂O₂ elektrochemisch über die Reduktion von Sauerstoff (O₂) oder die Oxidation von Wasser (H₂O) synthetisiert werden. Dieser Weg ist nicht nur kosteneffizient, sondern sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab anwendbar.

Erfolgreiche anodische Oxidation in kontinuierlicher Fließzelle

Im Rahmen des von der EU geförderten CO₂EXIDE-Projekts haben Forscher am Fraunhofer IGB bereits ein Verfahren zur Zwei-Elektronen-Oxidation von Wasser (H₂O) zu H₂O₂ entwickelt. Verschiedene kohlenstoffbasierte Materialien, darunter Kohlepapier, Bor-dotierter Diamant und Graphit-Bipolarplatten, wurden als Anoden für die elektrochemische Synthese von H₂O₂ bei hohen Stromdichten in einer kontinuierlich arbeitenden Fließzelle untersucht. Eine breite Palette von Betriebsparametern, etwa von Elektrolytkonzentration, pH-Wert und dem Einsatz eines chemischen Stabilisators, wurde getestet und erfolgreich im Hinblick auf eine hohe Selektivität der H₂O₂-Erzeugung optimiert [1–3].

Weiterentwicklung und Demonstration

Das neue europäische Projekt POWER2HYPE, das durch das EU-Programm Horizon Europe gefördert und vom Fraunhofer IGB koordiniert wird, baut auf den genannten Vorarbeiten auf. Zentrales Projektziel ist die weitere Entwicklung und die Demonstration eines nachhaltigen Verfahrens zur Produktion von Wasserstoffperoxid.

In einem innovativen, maßgeschneiderten Elektrolyseur soll H₂O₂ sowohl an der Kathode als auch an der Anode produziert werden, und zwar aus Luft und Wasser als einzige Ausgangsstoffe und unter Nutzung erneuerbaren Stroms als Energiequelle. In POWER2HYPE werden die Forscher des Fraunhofer IGB gemeinsam mit ihren Projektpartnern das Zielprodukt H₂O₂ auf elektrochemischem Wege in hohen Konzentrationen (von 20 bis 99 Gew.-%) herstellen. Auf diese Weise kann elektrosynthetisiertes Wasserstoffperoxid für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden, von der Abwasserreinigung über Bleichmittel bis hin zur Nischenanwendung als Treibstoff.