Effiziente, dezentrale und skalierbare Methanolsynthese durch neuartige, druckgesteuerte Membranreaktoren auf Basis von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und lokal erzeugtem Kohlendioxid für die Energie- und Wasserstoffspeicherung am Beispiel einer Biogasanlage

Ziel des Projekts:

Für die längerfristige Speicherung von größeren Mengen elektrischer Energie muss zwangsläufig auf die Wandlung volatiler regenerativ erzeugter Energien (z. B. Wind, PV) in chemische Energiespeicher zurückgegriffen werden. In diesem Vorhaben wird das Augenmerk vorrangig auf weitere dezentrale Energiequellen, insbesondere Biogasanlagen, gelegt. Diese müssen zukünftig vor dem Hintergrund des Ausstieges aus Kern- und Kohleenergie die Grundlastfähigkeit einer zukünftigen Energielandschaft darstellen. Aufgrund aktuell häufig noch fehlender Infrastruktur im Bereich der Einspeisung als Methan in das Erdgasnetz bietet sich eine Wandlung zu Methanol als flüssigen, einfach handhabbaren Energieträger an. Dafür wird aus regenerativem Strom erzeugter Wasserstoff (Elektrolyse) mit dem Kohlendioxidanteil aus Biogasanlagen zu Methanol umgesetzt. Die Ausbeute der Methanolsynthese aus CO₂ und H₂ hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Diese Ausbeute ist bei konventionellen Reaktoren durch das chemische Gleichgewicht beschränkt. Eine Verbesserung ist von Membranreaktoren zu erwarten, die das Gleichgewicht zu höherer Methanolausbeute verschieben. Derzeit existieren allerdings noch keine Membranen, die bei relevanten Prozessbedingungen ausreichende Trennleistungen aufweisen, um einen deutlichen Einfluss auf die Methanolausbeute zu haben.

Auf Basis einer zum Patent angemeldeten alternativen Prozessführung von Membranreaktoren (druckgesteuert) ist eine deutliche Ausbeutesteigerung hinsichtlich des eingesetzten Wasserstoffs zu erwarten. Weitere Vorteile des Verfahrens sind eine wesentlich vereinfachte Prozessführung, was bei modulierendem Betrieb und beim Starten/Abfahren von Vorteil ist. Diese Punkte sind bei kleineren, dezentralen Anlagen, die mit geringer Betreuung dennoch stabil laufen sollen, ebenfalls von essentieller Bedeutung.

Hauptziel des Projekts ist es, ein neuartiges Membranreaktorsystem zur dezentralen Methanolsynthese mit marktfähigen Leistungsdaten zu entwickeln und im Labor unter relevanten Betriebsbedingungen zu validieren. Nebenziel ist es, das Prozessverständnis für dieses neuartige Verfahren zu erweitern, so dass eine Übertragung auf weitere industrierelevante Prozesse möglich ist.

Das Vorhaben wird finanziell unterstützt durch die Europäische Union.