Willkommen bei HyPerCat (FOR 5715)
Die Forschungsgruppe "Bridging Concepts in Thermo- and Electro-Hydrogen Peroxide Catalysis" (HyPerCat) arbeitet an der Entwicklung gemeinsamer Konzepte für die thermo- und elektrokatalytische Herstellung von Wasserstoffperoxid. Wasserstoffperoxid ist ein grünes Oxidationsmittel und eine Basischemikalie mit großem Produktionsvolumen und vielfältigen Anwendungen z. B. in der Textil- und Papierindustrie, der Aufarbeitung von Abwasser und der chemischen Synthese. Mögliche Zukunftsszenarien für eine nachhaltige Wasserstoffperoxid-Produktion sind die direkte thermokatalytische Wasserstoffperoxid-Direktsynthese aus molekularem Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung von elektrokatalytisch gewonnenem Wasserstoff (t-HP) und die direkte selektive elektrokatalytische Reduktion von Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid (e-HP).
In HyPerCat untersuchen acht Forschungsteams des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Technischen Universität Berlin (TUB) gemeinsam Prozesse der t-HP und e-HP über verschiedene Skalen, d. h. von der atomaren Betrachtung der Reaktionsmechanismen und aktiven Zentren der Katalysatoren bis zur Reaktorauslegung unter Berücksichtigung von Wärme- und Stofftransportlimitierungen sowie den Wertschöpfungsketten im industriellen Maßstab. Die Forschungsgruppe konzentriert sich auf die Herstellung von Modellkatalysatoren, verschiedene Methoden der In situ- und Operando-Charakterisierung, kinetische Studien und neuartige Reaktoren. Dabei adressieren wir eine Multiskalenmodellierung auf der Grund-lage theoretischer Berechnungen (Dichtefunktionaltheorie) in Kombination mit den Experimenten. Auf diese Weise wollen wir Deskriptoren für aktivere und selektivere Katalysatorzu-stände und Reaktionsbedingungen erarbeiten, wobei die in der e-HP gewonnenen Informatio-nen die systematische Entwicklung effizienter Katalysatoren für die t-HP vorantreiben können und umgekehrt.
HyPerCat besteht aus acht Forschungsteams des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Technischen Universität Berlin (TUB) und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Kern des HyPerCat Projektes ist es Synergien zwischen der Thermo- und Elektrokatalyse zu schaffen und dabei Menschen zusammenzubringen. In diesem Rahmen haben sich die Forscherin Elisabeth Oldenburg (AK Philipp Röse, KIT) und Jonas Grings (AK Peter Strasser, TUB) in Berlin zum "rotating Lab" getroffen um die Möglichkeiten und Erfahrungen beider Gruppen synergistisch zu nutzen und dabei robuste und reproduzierbare Erkenntnisse in die grüne Wasserstoffperoxid Produktion zu erhalten.
Der 3. März 2026 stand ganz im Zeichen von aktuellen Entwicklungen in der Wasserstoffperoxid-Forschung, welche das zentrale Thema eines eintägigen Workshops am KIT Campus Nord waren. Die Veranstaltung wurde gemeinsam von der DFG-geförderten Forschungsgruppe FOR5715 HyPerCat (Bridging Concepts in Thermo- and Electro-Hydrogen Peroxide Catalysis) und dem EU-Projekt Green SWaP (Green Solar-to-Propellant Water Propulsion) organisiert. Unter der Moderation von Prof. Dr. Silke Behrens (IKFT) und Dr. Alexander Navarrete Muñoz (IMVT) zog der Wasserstoffperoxid-Tag mehr als 40 TeilnehmerInnen von innerhalb und außerhalb des KIT an.
Als grünes Oxidationsmittel wurde Wasserstoffperoxid zuletzt großes Interesse zuteil und sein Marktanteil steigt stetig. Die Untersuchung, Evaluierung und Optimierung der Produktionswege von Wasserstoffperoxid ist daher von großer Bedeutung, und wird auch in mehreren Forschungsinitiativen weltweit thematisiert, darunter HyPerCat und Green SWaP.
Der Wasserstoffperoxid-Tag wirkte als Drehscheibe für den wissenschaftlichen Austausch und die Anbahnung von Kollaborationen, indem er zwei Projekte, die beide auf Wasserstoffperoxid fokussiert sind, jedoch unterschiedliche Zielsetzungen haben, zusammenbrachte. Zudem teilten auch vier eingeladene Vortragende aus Wissenschaft und Industrie ihre Erfahrungen mit Wasserstoffperoxid mit den Teilnehmenden.
Die Podiumsdiskussion am Ende der Veranstaltung verstärkte noch einmal den zuvor bereits entstandenen Eindruck: Das Interesse an Wasserstoffperoxid ist ungebrochen. Derzeit wird neben den bestehenden industriellen Verfahren an mehreren Technologien zur Herstellung geforscht, wobei jeder dieser Prozesse gewisse Vorteile, aber auch teils ungelöste Herausforderungen mit sich bringt. Weitere Forschung und Entwicklung ist daher sowohl im Bereich der genutzten Katalysatoren, als auch bei den Prozessvariablen unabdingbar. HyPerCat und Green SWaP sind in jedem Fall bereit, hierzu beizutragen.
Fotos von der Veranstaltung können hier eingesehen werden.
Von 18.-20. März 2026 fand das Jahrestreffen Deutscher Katalytiker in Weimar statt. Sechs Mitglieder des HyPerCat Teams nahmen am Kongress teil und präsentierten ihre neusten Ergebnisse mit Postern bzw. einer Pitch Präsentation.