LO2CAL - Lebensdauererhöhung der Sauerstoffverzehrkathode für den technischen Einsatz in der Chlor-Alkali-Elektrolyse

Die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist ein zentrales Verfahren der chemischen Industrie zur Herstellung von Chlor, Wasserstoff und Natronlauge. Mit rund 2 % des deutschen Stromverbrauchs zählt sie zu den energieintensivsten industriellen Prozessen (stand 2018).

Ein bedeutender Fortschritt zur Reduktion des elektrischen Energieverbrauchs wurde durch den Einsatz sogenannter Sauerstoffverzehrkathoden (SVK) erreicht. Diese stellen eine spezielle Form der Gasdiffusionselektrode (GDE) dar und ermöglichen die Sauerstoffreduktion anstelle der klassischen Wasserstoffentwicklung. Durch diesen alternativen Kathodenprozess kann die Zellspannung deutlich gesenkt und somit bis zu 25 % elektrische Energie gegenüber konventionellen Chlor-Alkali-Verfahren eingespart werden.

Erste industrielle Anwendungen des SVK-Verfahrens zeigen ein hohes Potenzial, decken jedoch auch Herausforderungen auf. Besonders betriebsbedingte Stillstände führen zu einer beschleunigten Degradation der Elektrode und schränken so die Lebensdauer der Systeme ein.

Das Verbundprojekt LO2CAL verfolgt daher das Ziel, die Lebensdauer von SVK-Systemen unter realen Betriebsbedingungen gezielt zu verlängern und dadurch zusätzliche Energieeinsparungen zu ermöglichen. Im Fokus stehen Optimierungen der Elektrodenstruktur und des Katalysators – insbesondere im Hinblick auf Porenstruktur, Oberflächenbeschaffenheit und Dotierung des Katalysatormaterials.

Die Teilaufgaben der TU Clausthal umfassen die prozessbegleitende Anpassung des Herstellverfahrens für Gasdiffusionselektroden sowie deren umfassende Charakterisierung hinsichtlich Struktur, Oberflächenmorphologie und elektrochemischer Performance. Weitere zentrale Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung beschleunigter Alterungstests sowie die Etablierung eines dynamischen Modells zur Beschreibung von Degradationsprozessen unter realistischen Betriebsbedingungen.