Dienstag, 28 März 2023 14:09

Robuster Reaktor für reines Methan

von Redaktion

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Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Die Energiewende verlangt nach Energieträgern, die klimaschonend sind; das heißt, dass sie bei Herstellung und Gebrauch möglichst geringe – im Idealfall gar keine – CO₂-Emissionen verursachen. Dafür bieten sich unter anderem synthetische Energieträger an – also solche, die durch Umwandlungsprozesse aus erneuerbarer Energie gewonnen werden. Denn die Nutzung solcher Energieträger erzeugt nur gerade so viel CO₂ wie zuvor für deren Herstellung aus der Atmosphäre entzogen wurde. Künstlich erzeugtes Methan fällt unter diese Kategorie.

Sorptionsverstärkte Methanisierung: Befüllung, chemische Reaktion und Trocknung und Regeneration (Grafik: Empa)Synthetisches Gas bietet ein enormes Potential, wenn es aus atmosphärischem CO₂ und erneuerbar erzeugtem Wasserstoff hergestellt wird. Für die Wasserstofferzeugung benötigt man neben erneuerbarer Elektrizität aber auch viel Wasser. Im Mobilitätsdemonstrator „move“ soll deshalb neben dem CO₂ auch das Wasser für die Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines CO₂-Kollektors des Spin-offs „Climeworks“ der ETH Zürich direkt vor Ort aus der Atmosphäre gewonnen werden. Solche Konzepte ließen sich dann künftig auch in Wüstenregionen ohne flüssige Wasservorräte umsetzen.

Die Herstellung von synthetischem Methan aus Wasserstoff und CO₂ – die so genannte Methanisierung – hat allerdings ihre Tücken. Denn das in einem katalytischen Verfahren erzeugte Gas enthält bislang auch noch Wasserstoff, was eine direkte Einspeisung ins Gasnetz unmöglich macht. Die Empa-Forscher haben deshalb ein neues Reaktorkonzept entwickelt, bei dem die Bildung von Wasserstoff auf der Produktseite unterbunden wird. Damit erzielen die Empa-Forschenden eine einfachere Prozessführung und eine bessere Eignung für den dynamischen Betrieb, also z. B. für die Kopplung mit unstetig verfügbaren erneuerbaren Energien.

Das wasserstofffreie Methan wird im „move“ mit der sogenannten sorptionsverstärkten Methanisierung hergestellt. Die Idee dahinter: Das bei der Reaktion entstehende Wasser wird während des Methanisierungsprozesses auf einem porösen Katalysatorträger laufend adsorbiert. Dieser kontinuierliche Wasserentzug führt dazu, dass als Produkt lediglich Methan anfällt – in reiner Form. Damit entfällt die Aufreinigung des (bisherigen) Produktegemisches. Das Katalysatorträgermaterial wird nach Ende des Reaktionsgeschehens mittels Druckabsenkung wieder getrocknet – und steht für den nächsten Reaktionszyklus bereit.

Entscheidend für die Reaktorauslegung und Prozessplanung ist vor allem die Regenerationszeit, also die für die Trocknung des Reaktors benötigte Zeit. Um eine kontinuierliche Methanproduktion zu gewährleisten, müssen deshalb mindestens zwei Reaktoren abwechselnd arbeiten. Für die Trocknung der Reaktoren ist zudem ein geeignetes Wärmemanagement zentral, entweder durch die Ableitung der Wärme aus dem Reaktor oder durch die interne Speicherung von Wärme im Katalysatorbett.

www.empa.ch