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Plasmaprozesstechnik

Die Expertise der Abteilung Plasmaprozesstechnik besteht auf den Gebieten der plasmachemischen Gasumwandlung wie die CO2 Reduktion, der Biomassebehandlung und den plasmagestützten Vakuumverfahren zur Erzeugung hochporöser Schichten für die Elektrokatalyse. Für die Spaltung und Reduktion von CO2 sind nichtthermische Plasmen grundsätzlich geeignet die hohen Aktivierungsenergien der Reaktionen zu überwinden. Dielektrische Barrierenentladungen (DBE) spielen hier eine besondere Rolle, da diese den Einsatz von Katalysatoren auf einfache Weise erlauben. Dafür stehen verschiedene Anordnungen wie Singlestack-, Multystack- und coaxiale Bauweisen zur Verfügung, die sowohl im Atmosphären- als auch im Hochdruckbereich einsetzbar sind. Der Hochdruckbereich ist vor allem für die chemische Industrie interessant, da unter diesen Bedingungen viele Synthesen durchgeführt werden. Für die Konstruktion dieser Plasmaquellen bzw. einzelner Komponenten werden u. a. 3D Druckverfahren auf Kunstharzbasis eingesetzt. Nach derzeitigen Erkenntnisse erweisen sich die Kunstharze für die Verwendung als ausreichend chemisch stabil.

Für die Behandlung von Biomasse wurde ein Verfahren entwickelt, das eine Kombination aus einer Mikrowellenentladung und einer Ultraschallquelle mit gemeinsamem Wirkungsfeld darstellt. Beide Quellen zusammen erzeugen Synergieeffekte, die eine nochmalige Vergärung von Gärresten in Biogasanlagen erlauben und somit zusätzliches Methan erzeugen. Für dieses Verfahren steht ein 40 Liter-Demonstrators, der sowohl für den Batchbetrieb als auch für kontinuierliche Fahrweise geeignet ist, zur Verfügung. Für elektrochemische Anwendungen in der Elektrolyse oder in Brennstoffzellen werden katalytische Schichten mit Hilfe vakuumbasierten Methoden synthetisiert. Dabei kommen insbesondere patentierte Verfahren wie die PVD (Physical Vapour Deposition), z. B. Magnetron Sputtern und Plasma-Ionen gestützte Deposition zum Einsatz. Erst durch die Kombination dieser Beschichtungen mit chemischen oder elektrochemischen Leachingprozessen gelingt es, hochporöse Metallschichten zu erzeugen, die bezogen auf ihre Flächenmasse sehr hohe elektrokatalytische Aktivitäten besitzen. Komplementär dazu stehen elektrochemische und oberflächenanalytischen Charakterisierungsmethoden zur Verfügung. Insbesondere wurde ein Verfahren zur Untersuchung von Gasdiffusionselektroden in einer Halbzellenanordnung eingeführt.

 

Technologische Ausstattung

  • Dielektrische Barrierenentladungen
    - Singlestackreaktor
    - Multistackreaktor
    - koaxiale Anordnungen für Hochdrucksynthesen
  • KombiMax-Demonstrator; umfasst zwei 1 kW Ultraschallquellen, eine 500 W Mikrowellenquelle und einen 40 L Rezipienten
  • ND-SP Ultraschall-Spritzbeschichter® 11/3 voll integriert, X-Y-Arbeitsbereich von 300 x 300 mm
  • LaboPress P150H, 150mm x 150mm
  • PIAD-Vakuumbeschichtungsanlage, M 900
  • UNIVEX 400 mit Loadlock
  • Drehtrommelreaktor, HF- oder Mikrowellenanregung, Vakuumprozess für die Aktivierung oder Beschichtung (PECVD) von Schüttgütern