Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

Zugl.: Bayreuth, University, Diss., 2009.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD) hat sich als eines der wichtigsten Dünnschichtverfahren etabliert. Für die Bearbeitung von Pulvern haben sich in der Technik Wirbelbettverfahren bewährt. Beide Verfahren sind an sich gut untersucht und verstanden. In der Arbeit wird ein Konzept zur Kombination dieser beiden Verfahren vorgestellt. Dabei zeigt sich, dass die einzelnen Modelle beider Verfahren durch experimentelle Untersuchungen ergänzt werden müssen, um das entsprechende Parameterfeld abzugrenzen. Durch die Untersuchung der Gasphase während der Abscheidung können Rückschlüsse auf die ablaufenden chemischen Reaktionen gezogen werden. Vergleichende ramanspektroskopische Untersuchungen, zwischen statischen Beschichtungen und Beschichtungen im Wirbelbett gestatteten es, den Einfluss der einzelnen Prozessparameter zu untersuchen. Mikroglaskugeln mit einem Durchmesser von ca. 160µm werden mittels Toluen als Precursor in einem Argon-Wasserstoff-Plasma beschichtet. Dazu werden als Prozessparameter die Mikrowellenleistung, die Zusammensetzung der Gasphase und das Precursorangebot variiert. Die durch die Oberflächenmodifizierung erreichten Änderungen der Eigenschaften der pulverförmigen Substrate können durch Oberflächenspannungsmessungen gezeigt werden. Es zeigt sich, dass vor allem die mechanische Beanspruchung im Wirbelbett und die Zusammensetzung der Reaktionsgasphase entscheidenden Einfluss auf die entstehende Schichtstruktur besitzen.

In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Konvertierung von Methan zu Acetylen mit Ausbeuten von über 99 % und Selektivitäten größer als 200:1 mit dem Einsatz von „continious wave“ (cw) Mikrowellenplasmen großtechnisch möglich ist. Im Gegensatz zu vorangegangenen Arbeiten[1,3,5,6] konnte der Vorteil von cw Mikrowellenplasmen in Bezug auf Ausbeute und Selektivität herausgestellt werden. Die vielfach beschriebenen Probleme der Rußbildung[7,8] konnten mit dem Einsatz der CYRANNUS® MW Plasmareaktoren gelöst werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit das Produktgas als chemischen Energiespeicher von regenerativen Überschussstrom (aus Photovoltaik oder Windkraft) zu nutzen. Hierbei sei der Bezug zu „power to gas“ (PtG) zu nennen. Der gebildete Wasserstoff eröffnet weitere vielfältige Nutzungsmöglichkeiten in diesem Rahmen. Im Rahmen der Aktivierung von Kohlenstoffdioxid (aus fossilen oder regenerativen Quellen) sei die Umsetzung von Methan und Kohlenstoffdioxid zu Synthesegas (CO + H2) genannt. Diese Reaktion könnte als Grundlage für sog. „Biosynthesegas“ dienen. Eingesetzt werden hierbei Edukte aus einer Biomassevergärungsanlage (Biogasanlage = BGA). Im Rahmen des Vergärungsprozesses entsteht eine Mischung aus CH4 und CO2. Eine Weiterverarbeitung zu Biosynthesegas und anschließend zu „liquid fuels“ als Biotreibstoff; z.B. im Rahmen einer Fischer-Tropsch-Synthese erscheint äußerst vielversprechend. Unter dem Aspekt der Energiewende ist es bei Einsatz von 100 % regenerativen Strom und der Zuführung von Eduktgas, welches aus Biomasse gewonnen wurde, auf diesem Weg möglich, „grüne“ Grundchemikalien in sehr guten Ausbeuten zu synthetisieren. / In the present study it was demonstrated for the first time, that the conversion of methane to acetylene with yields of over 99 % and selectivity greater than 200:1 with the use of "continious wave" (cw) micro wave Plasmas is possible in an industrial scale. In contrast to previous works[1,3,5,6] the advantage regarding yield and selectivity could be put out by using cw microwave plasmas. The often described problems of soot formation[7,8] could be solved with the use of the CYRANNUS® MW plasma reactors. In addition, the possibility is to use the product gas as a chemical energy storage by regenerative surplus electricity (photovoltaic or wind power). This was the reference to mention "power to gas" (PtG). In this context the formed hydrogen opens more possibilities of use. In case of the activation of carbon dioxide (from fossil or renewable sources) the reaction of methane and carbon dioxide to synthesis gas (CO + H2) is mentioned here. This reaction could serve as the basis for so-called organic synthesis gas. In the fermentation process a mixture formed CH4 and CO2 is formed. A further preparation for the organic synthesis gas and then to "liquid fuels" as biofuel; for example, in the frame of a Fischer-Tropsch synthesis appears very promising. Under the aspect of the energy revolution it is possible to synthesize "green" chemicals in excellent yields when using 100 % renewable electricity and the supply of reactant gas, which was obtained from biomass.