TW200920729A - A method and a reactor for making methanol - Google Patents
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Description
200920729 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造曱醇的方法。 本發明亦係關於燃料電池型反應器,其係用於自二氧 化礙和水製造甲醇,其包括具有陰極和用於陰極反應之觸 媒的陰極側、具有陽極和用於陽極反應之觸媒的陽極側, 及將陰極側和陽極側隔開的中間膜。 【先前技術】 甲醇一項日盈成長的使用領域係作為燃料電池(特別是 DMFC型’其於電動載具中之大幅成長可以預見)的燃料。 :環境的觀點,甲醇優於乙g,,乙醇的二氧化碳散逸量大 得夕此外,對產製以農業為基礎之乙醇而言,藉由汽化 月《=*源森森(gasifying energy f〇rest)方式產製甲醇時,所需耕 種面積比1造甲醇所需林地面積大四❺’此無法與林業木 材的需求相競爭。 g此外,在中和藉氧化反應而形成的二氧化碳(二氧化碳 :所明的溫室氣體)方面也有問題存在。例如,在熱能站中, —乳化叙被大規模製造且曾建議收集二氧化碳並將其存放 於:的油田和氣田巾’例如’以海底以下為佳。然而,希 望哥找使用二氧化碳的適當領域,以減低其存放的需求。 【發明内容】 本發明的目的是要提供一種方法和反應器,藉由在合 成法中使用二氧化碳和水作為起始物,將會降低必須存放 的一氧化碳量。 200920729 在前文導言中所述之製造曱醇的太 T鮮的方法中,此目的藉由 連接燃料電池型反應器的陰極和陽极+ 和陽極之間的電壓而達成, 在第一個步驟中,反應器中的二氧卟 乳化兔和水暴於第一個所 欲的陰極反應(a) C02 + 2H30+ + 2e· — HCOOH + 2H2〇 ⑷ 同時使用對此反應(a)最適化夕結丄甘 ;取遇化之觸媒,將反應產物自第 一個步驟導向第二個步驟,並進杆篦_ 逆仃弟一個所欲的陰極反應 (b)
HCOOH + 2H30+ + 2e- _ HCHO+3H2〇 ⑻ 同時使用對此反應(b)最適化之觸媒2,將反應產物自第 個步驟導向第三個步驟,並進行第三個所欲的陰極反應 HCHO + 2H30+ + 2e- CH3〇H + 2H2〇 (c) 同時使用對此反應(c)最適化之觸媒。 在前文導言所述的反應器中,此目的的達成方式在於 (,反應器分成複數個燃料電池型的反應器電池,其經串聯以 進行多階段陰極反應,其中各個電池具有對即將在電池中 進行之反應步驟最適化的觸媒。 藉由使用二氧化破以匍4生田έ 刊⑴厌Μ表&甲酵(其之後具有可以作為 電動載具之DMFC型燃料電池中之燃料之優點),有可能 達到大幅降低必需存放之二氧化碳量。 較佳地’第一個步驟中之陰極反應僅使用Ag觸媒或 八與Ti02和/或Te併用,第二個步驟中之陰極反應使用 Si〇2和Τι〇2及Ag觸媒,及第三個步驟中之陰極反應所用 200920729 60-94〇/〇Ag^5-30〇/〇Te^ / sl Ru l-i〇〇/oPt, 或者其與Au和/或Ti〇2併用,比例以9〇: I丨為佳。 這些觸媒已因應所欲反應地予以最適化。 較佳地,使用水作為陽極處的還原劑,且碳黑、葱酿 和Ag觸媒用於各步驟中的下列陽極反應(d) 4H20 -> H202 + 2H30+ + 2e- ,,, (d)。 在本發明之反應器中,此意謂所有的電池被適當地設 計幻吏用液態還原劑,且在陽極侧上,所有的電池具有碳 黑、蒽醌和於酚系樹脂中之Ag,使用水作為液態還原劑且 在下列陽極反應(d)中產製過氧化氫 4H20 H202 + 2H30+ + 2e- (d)0 糟此,此反應器將製造過氧化氫成為副產物。在dmfc 型燃料電池中’過氧化氫是_種非常適當的氧化劑,此如 吾等同時於此處提出申請且標題為^如 operation of a fuel cell 〇f DMFC type ^ ^ 〇/ DMFC ’解的專利申請案中所揭示者,茲將該案以引用 方式納入本文中。 較佳地,此三個反應步驟在反應器中的三個經串聯的 電池流中進行,且在陰極側和陽極側上的反應彼此維持於 化學計量比平衡的狀態。藉此,有助於所欲的反應機構之 進行。 較佳地,膜構成在陽極側上和在陰極側上之觸媒的載 體。以此方式’獲致緊密設計和高電力密度。 適當地,陰極、陽極和膜是彼此連接且厚度低於丨毫 200920729 米的》專板並具有的平挺如 —彳·】’且膜及陰極和陽極之至少一者 的一面具有表面I士描 ,、製造遍及實基上板的整側的最適 化液流。 亦適當地’表面结 157、、·=構由具有波狀截面的通道所構成。 這樣的通道易於製造日 且伸以達到所欲的流動模式。 薄陰極和陽極把女, 令 板有利地由厚度約〇·6毫米低至〇.1毫 米(以0.3笔米為佳) I屬片所組成,且通道寬度約2毫 米高至3毫米且深唐約 、” ·5毫米低至〇 · 〇5毫米。此處,得 以降低反應器的尺寸,以担^ _ 棱尚電力密度,並同時控制所欲 反應。 較佳地,膜由玻璃所組成,其適當地經摻雜,使得質 子/銼離子得以通過。實 _ 上,玻璃膜不溶解於電池内被 發現的反應物中並且,闵μ 因此,不會被它們攻擊。盆他的離 子也無法透。 竿八他的離 此外’適當地,膜的平丨日彳日丨姓士也 —侧帶有用於所涉及之陽極反 應的觸媒’且另一側帶有銀 鏡此構成用於陽極的觸媒。 稽此’不須要獨立的載體用 ;觸媒且能夠使得反應器電池 更為緊密。 下文中,⑯參考較佳具體實例和附圖而更詳細地 本發明。 圖1疋基本的流程圖,所示者為燃 較佳具體實例,其中在燃料電 i反應15的 山 i的反應1§電池中由二氧 化兔和水逐步製得曱醇。 圖2是圖1所示之反康哭认此 應益的截面圖’所示者為電極、 200920729 中間臈和流動通道的較佳排列。 圖3和4是用以引導反應器在各個電池中流動的一些 不同流動模式的平面圖。 【實施方式】 圖1中的基本的流程圖說明燃料電池型反應器用以自 二氧化碳和水製造甲醇時的較佳具體實例。此反應器包括 具有陰極11和用於陰極反應的觸媒之陰極側、具有陽極i 2 和用於陽極反應的觸媒之陽極側及隔開陰極側和陽極侧的 中間膜13。 根據本發明,反應器分成複數個燃料電池型的反應器 電池1,2, 3,這些電池經串聯以進行多階段陰極反應,在 所示的具體實例中,各個電池丨、2、3具有對即將在電池 中進行之反應步驟而言最最適化的觸媒。 欲製造甲醇,燃料電池型電池中的陰極丨丨和陽極12 之間經電壓連接,且在第一個步驟中,在反應器的電池1 中的二氧化碳和水在第一個所欲的陰極反應(a)中被還原成 甲酸 C02 + 2H30+ + 2e" HCOOH + 2H20 (a) 同時使用對此反應(a)最適化之觸媒,適當地,僅使用 Ag或其與Ti〇2和/或Te併用。所形成的反應產物自第一 個步驟被導至電池2並進行第二個步驟,此處,曱酸在第 二個所欲的陰極反應(b)中被還原成甲酸 HCOOH + 2H30+ + 2e* -> HCH0 + 3H20 (h, 200920729
時使用對此反應(c)最適化之觸媒,適當地’僅含有 60-94%Ag、5-30% Te 和 / 或 Ru 和 1-10% Pt ’或者其與Au 同時使用對此反應(b)最適化之觸媒,適當地,使用训 和/或Ti〇2併用,比例以9〇 : 9 : 併用,比例以90 : 9 : 1為佳。 二氧化碳和水製造甲醇的程序分為複數個 驟,觸媒視各個個別步驟而最適化,得以提昇和控制所欲 反應,以改良使用程度和改良電力密度。 在圖1所示的具體實例中,在各步驟中供應之新鮮的 水會在各步驟的陽極側上,由下列反應被以電化學方式氧 化成過氧化氫 4H2〇 -> h202 + 2H30+ + 2e· ⑷。 此處使用碳黑、蒽醌和Ag及酚系樹脂作為觸媒。供 應至各個步驟或電池i、2、3的水經適當地控制,使得在 陰極側和陽極側上的反應彼此維持於化學計量比平衡的狀 ,藉此反應可以被更可k賴地提昇並可以傳統控制設 備(未顯示)控制,以提高產率。產製過氧化氫而非產製氧 提供了所需更低體積流的優點。此外,空氣的EG=1 227伏 特,過氧化氫的EG = 1.766伏特。此外,膜的兩側皆為液相 較有利。 蒽醌(CAS編號84-65-!)*一種晶體粉末,其熔點為286 200920729 c且其不溶於水和醇中,但溶於硝基笨和笨胺中。此觸媒 的製法可為:藉由使碳粉(碳黑)、蒽醌和銀與如,紛系樹 脂混合,之後,其製成塗層並使其乾燥。之後,塗層自其 載體脫離,經粉碎和細磨,之後,所得的粉末於適當溶劑 中糊化,施用於所欲位置,之後蒸除溶劑。 三個反應器電池1、2、3亦可以電力串聯,兩個電子 自電源15(以電池表示)通至步驟一的陰極Ui,兩個電子 自步驟一的陽極12i通至步驟二的陰極ll2,兩個電子自步 驟二的陽極122通至步驟三的陰極1I3,且自步驟三中的陽 極123,兩個電子回到電源丨5 ^在所有的三個電池1、2、 3中’所形成的質子/鋥離子自陽極12穿透膜13到達陰 極1 1。 圖2疋根據圖1之反應益組合的截面圖,所示者為電 極11、12、中間膜1 3和流動通道1 6的較佳排列。陰極i i、 陽極12和膜1 3由薄板形成,其彼此連接而形成套組或堆 疊物。此連接可為機械連接(如,藉由使用未示的連接條), 但以未示的適當膠(如’聚矽氧烷類型)連接為佳,以使得 板彼此固定在一起。介於膜13和陰極u之間及介於膜13 和陽極12之間,提供表面結構,其促進實質上均勻的液 流基本上遍及板的整側。此外,圖2揭示電力串聯之設計, 其中,一個板(其為步驟一中的陽極12])與一個板(其為步 驟二的陰極lb)具有電力傳導表面接觸,且其中,一個板(其 為步驟二中的陽極12z)與一個板(其為步驟三的陰極ll3)具 有電力傳導表面接觸。圖1所示之介於各個反應器電池i、 12 200920729 2、3之間的流動導管被製成板套組/堆疊物 圖2中以位於外部的流動導管表示。 一匕們亦在 i,t* X Λ 咸子/銼離子能夠由膜的一側遷徙至另 具體實例中,膜是薄玻璃板13,較佳但在較佳的 質子/鋰離……一#經摻雜以使得 璃由-般價格低廉的玻璃等級(如,鹼:::地,破 :糊所構成。當這樣的玻璃板成為薄破璃I:未::: ^和料耐久性將提高。數種不同的金屬可以作璃 :摻雜劑,但以使用氣化銀形式的銀為佳,其相對上較為 劑及玻璃的低厚度有助於質子/鐘離子遷徙通 過膜。此外,玻璃制止其他的離子和分子通過,且1不且 導電性’此意謂來自陽極12的電子無法通過膜Μ# 極1 1。 』逆k 圖2所示的較佳具體實例中’陰極【卜陽極12和膜η 之厚度低於i毫米。陰極U和陽極12具有平坦側,且嗜 表面結構(其製造實質上遍及板的整側的最適化液流)施 於陰極11和陽極12上,而中間膜13的兩側皆平坦。圖i 所示之反應器組合中的電池!中的陽# 12丨的平坦側與電 池2中的陰極丨l的平坦侧鄰接等。顯然反應器電池卜2、 3可以具有陰# 11、膜13和陽極12,其皆使得平坦側面 對f連接板上的表面結構16側且反之亦然,或者陰極u 陽極12之平坦側面對膜丨3且此二側皆具有表面結構 適當地,陰極11和陽極12為具有導電性且耐得住反 13 200920729
應物的村钮f I T枓(如,不銹鋼)的薄金屬片 至0.1毫米,以0.3毫米為佳Λ 6毫米低 陰極11和陽極12中的表^槿、的任何表面結構及 形成。適卷地、s /構可由截面為波狀的通道所 迥田地,通迢16之寬度為2毫 度為0.5毫乎柄φ Λ Λ<山 耄十间至3毫米且深 面結構:係: Μ。在玻璃…,可能的表 中,立藉絕埶成 刻而製得,在陰極和陽極板 兮成开λ/ 形法(亦稱為高衝擊成形法)製得。例如, 具有所欲表面結構或流動模式及第擊:21,471號中。 一成本僅約错切割操作製得流動模式的板之成本的十分之 16, 所示者為—些不同的表面結構或流動模式 〃 t造基本上遍及板的整側的最適液體流動。圖3 ^平行的通道已被重覆地於側邊鑽孔,使得整個表面结 籌由鑽石形狀排列的管腳(pin)所構成,形成格狀的通道系 統16。最後,圖4顯示者亦可以使用平行的曲折形通道心 在包括不同的可能流徑的所有情況中,應儘量使得自入口 至出口的長度相等。 較佳地’玻璃板13具有—個平坦側且該平坦側適當地 備有觸媒(其為在燃料電池或反應器令進行陽極反應或陰極 反應基本者),有利地’觸媒融合於膜的-側上的玻璃表面 中。亦適當地,玻璃板13的另一側平坦且觸媒(其為進行 陽極反應基本者)融合於膜的另—側上的破璃表面中。如圖 2中清楚顯示者,兩個膜ί3進—步地顯示為有觸媒層w 14 200920729 位於兩側上’此有利於福士 ,,,y 構成具有相同薄板形狀並具有一個 平坦側且一側具有表面結構 筹之電極1 1、〗2的燃料電 2、3的緊密層合物,藉 寸电池1 猎此可達到南電力密度。 如前述者,促進第-侗半 第-個步驟中之反應的觸媒適當地由 2 g所組成。在膜13由破璃所組成時,si〇2 3於玻璃中,此意謂僅須分別施用加2和Ag。 藉由使觸媒適當地融合於破璃 Μ H ΧΜ. π D± 保s蒦其免於受到 機械知傷,同時,緊密的構 拉t而A 芦付阿電力密度。此融合係 糟,如雷射,適當地在惰性環 水… 兄丁延仃,且在融合之前, 虽然必須使觸媒粒子相告 于相田小(例如,藉由在球磨機中研磨), 以提高觸媒面積。 叫 當然,觸媒亦可由雷;^ ^ « , Η由電極11、12中的-或二者承載。或 trr之至少—者(如,含有葱醌和銀者)可以位於未 放員=中間的獨立載體(如,碳纖維幻中。但是,這樣的 為較不喜用者。 變化雖’、、、了订’但此變化 【圖式簡單說明】 較佳=基本的流程圖,所示者為燃料電池型反應器的 /、體實例,其中在燃料電池型的反應器電 化碳和水逐步製#。 τ由—乳 中間圖1所示之反應器的截面圖,所示者為電極、 膜和〜動通道的較佳排列。 不 考口4疋用以引導反應器在各個電池中流動的一此 机動模式的平面圖。 - 15 200920729 【主要元件符號說明】 1 反應器電池 2 反應器電池 3 反應器電池 Πι 陰極 112 陰極 113 陰極 12, 陽極 122 陽極 123 陽極 13 中間接膜 14 觸媒層 15 電源 16 流動通道
Claims (1)
- 200920729 十、申請專利範圍: 1·一種製造曱醇之方法,其特徵在於 連接燃料電池型反應器的陰極(11)和陽極(12)之門的 壓, 在第一個步驟(1)中,使反應器中的二氧化碳和水暴於 第一個所欲的陰極反應(a) C〇2 + 2H3〇+ + 2e- — HCOOH + 2H,0 , (a) 同時使用對此反應(a)最適化之觸媒, 將第一個步驟(1)的反應產物導向第二個步驟(2),並進 行第二個所欲的陰極反應(b) HCOOH + 2H30+ + 2e_ — HCH0+3H,0 /u、 2 (b) 同時使用對此反應(b)最適化之觸媒, 將第二個步驟(2)的反應產物導向第三個步驟(3),並進 行第三個所欲的陰極反應(c) HCHO + 2H30+ + 2e' CH3OH + 2H20 (c) 同時使用對此反應(c)最適化之觸媒。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於第一 個步驟中之陰極反應僅使用Ag觸媒或其與丁i〇2和/或Te 併用。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 第二個步驟中之陽極反應使用Si〇2* 丁丨〇2及Ag觸媒。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 第三個步驟中之陽極反應所用的觸媒僅含有6〇_94%Ag、5_ 30°/。Te和/或Ru和1-10% Pt,或者其與Au和/或Ti〇2 17 200920729 併用,比例以90 ·· 9 : 1為佳。 法’其特徵在於 接使用水作為還 5.根據申請專利範圍第1或2項之方 各個步驟(1 -3)中的下列陽極反應(d)中,陽 原劑並使用碳黑、蒽醒和Ag作為觸媒 4H20 — H202 + 2H3〇+ + 2e· ⑷。 6 根據申睛專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 該三個反應步驟於反應器中經串聯的三個電池2 3)中進 行。7. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 在各個個別的步驟中,使在陽極侧和陰極側上的反應彼此 維持於化學計量比平衡的狀態。 8. —種用以自一氧化碳和水製造曱醇的燃料電池型反 應器’其包括具有陰極(11)和用於陰極反應的陰極側、具 有陽極(12)和用於陽極反應的陽極側及將陰極側和陽極側 隔開的中間膜(13)’其特徵在於此反應器分成複數個燃料 電池型反應器電池(1,2, 3) ’該等電池經串聯以進行多階段 陰極反應,其中各個電池(1,2,3)具有即將於電池中進行之 反應步驟最適化之觸媒。 9·根據申請專利範圍第8項之反應器,其特徵在於在 陰極側上,第一個電池(1)僅具有Ag觸媒或其與丁丨〇2和/ 或Te併用以進行下列陰極反應(a) C02 + 2H30+ + 2e· — HCOOH + 2H20 (a) 第二個電池(2)具有Si02和Ti02與Ag併用之觸媒以 進行下列陰極反應(b) 18 200920729 HCOOH + 2H30+ + 2e_ 4 HCH0+3H20 (b) 和第三個電池(3)具有僅含有60-94%Ag、5-30% Te和 /或Ru和1 -1 〇% pt的觸媒,或者其與Au和/或Ti02併 用,比例以90 ·· 9 : 1為佳,以進行下列陰極反應(c) HCHO + 2H3〇+ + 2e· — CH3OH + 2H20 (c)。 l〇.根據申請專利範圍第9項之反應器,其特徵在於所 有的電池(1,2,3)經設計為使用液態還原劑。 Π 根據申請專利範圍第1 〇項之反應器,其特徵在於 在陽極側上,所有的電池(1,2,3)具有碳黑、蒽醌和Ag觸 媒並使用水作為液態還原劑,及以下列陽極反應(d)製造過 氧化氫 4H20 — H2〇2 + 2H30+ + 2e· (d)。 12.根據申請專利範圍第8至11項中任一項之反應器, 其特徵在於膜(13)是在陰極側和/或陽極側上之觸媒的載 體。 1 3.根據申請專利範圍第8至1 1項中任一項之反應器, 其特徵在於陰極(11)、陽極(12)和膜(13)是彼此連接且厚度 低於1毫米的薄板,膜(13)的兩側平坦,且陰極(丨丨)和陽極 (12)具有一個平坦側且反側面對膜(13)且備有表面結構 G6),其製造實質上遍及板的整側的最適液體流。 it根據申請專利範圍第13項之反應器,其特徵在於 表面結構由具有波狀截面的通道(16)所構成。 15.根據申請專利範圍第14項之反應器,其特徵在於 薄陰極和陽極板(11,12)係由厚度約〇6毫米低至〇丨毫米 19 200920729 (以0.3毫米為佳)的金屬片所組成且通道〇6)的寬度約2毫 米高至3毫米且深度約〇.5毫米低至〇〇5毫米。 16. 根據申請專利範圍第8至u項中任一項之反應器, 其特徵在於膜(13)由玻璃所組成。 17. 根據申請專利範圍第16項之反應器,其特徵在於 玻璃經摻雜,使得質子/經離子得以通過。 Η*一、圖式: 如次頁
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WO2008134871A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Principle Energy Solutions, Inc. | Production of hydrocarbons from carbon and hydrogen sources |
FR2931168B1 (fr) * | 2008-05-15 | 2010-07-30 | Areva | Procede de production de composes du type cxhyoz par reduction de dioxyde de carbone (co2) et/ou de monoxyde de carbone (co) |
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EP2402074A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-04 | Ammonia Casale S.A. | A process for selective removal of reaction products from a gaseous system |
WO2012025642A1 (es) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | Guradoor, S.L. | Procedimiento industrial para la obtención de alcoholes inferiores a partir de energía solar |
BR112013006922A2 (pt) * | 2010-09-24 | 2016-07-12 | Det Norske Veritas As | método e aparelho para a redução eletroquímica de dióxido de carbono |
US8568581B2 (en) | 2010-11-30 | 2013-10-29 | Liquid Light, Inc. | Heterocycle catalyzed carbonylation and hydroformylation with carbon dioxide |
KR20120122658A (ko) | 2011-04-29 | 2012-11-07 | 서강대학교산학협력단 | 인공광합성 반응용 복합 구조체 및 상기를 포함하는 인공광합성용 통합 반응 장치, 및 물 분해 반응용 복합 구조체 및 상기를 포함하는 물 분해용 통합 반응 장치 |
CN102605385A (zh) * | 2012-01-13 | 2012-07-25 | 天津理工大学 | 一种光电催化还原二氧化碳制备甲醇的方法 |
US20130105304A1 (en) * | 2012-07-26 | 2013-05-02 | Liquid Light, Inc. | System and High Surface Area Electrodes for the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide |
US10329676B2 (en) | 2012-07-26 | 2019-06-25 | Avantium Knowledge Centre B.V. | Method and system for electrochemical reduction of carbon dioxide employing a gas diffusion electrode |
US8691069B2 (en) | 2012-07-26 | 2014-04-08 | Liquid Light, Inc. | Method and system for the electrochemical co-production of halogen and carbon monoxide for carbonylated products |
UA79814U (uk) | 2013-02-21 | 2013-04-25 | Александр Игоревич Бобков | Спосіб утилізації діоксиду вуглецю промислових викидів у продукти енергетичного призначення |
JP6273601B2 (ja) * | 2013-09-12 | 2018-02-07 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形発電方法およびシステム。 |
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AU2019210132B2 (en) * | 2018-01-22 | 2023-02-02 | Twelve Benefit Corporation | System and method for carbon dioxide reactor control |
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Family Cites Families (4)
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---|---|---|---|---|
US6231642B1 (en) * | 1999-04-09 | 2001-05-15 | Praxair Technology, Inc. | Glass membrane for controlled diffusion of gases |
DE60112296T2 (de) * | 2000-04-28 | 2006-06-01 | Cell Impact Ab | Verfahren zur Herstellung einer Platte umfassend eine Zwischenformung und eine Endformung |
DE10244200A1 (de) * | 2002-09-23 | 2004-04-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement |
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