Das Fraunhofer ISE testet die Synthese von grünem Methanol. Das geschieht seit Dezember 2019 in einer sogenannten Miniplant-Anlage am Standort des Instituts. Wie die Freiburger mitteilten, sei die Anlage Teil des Projekts „Power-to-Methanol“. Das Bundeswirtschaftsministerium fördere das Vorhaben, das unter der Leitung des Netzwerks DECHEMA stehe. Bei der Methanolsynthese geht es um die Herstellung von Methanol aus Wasserstoff und CO2. Methanol ist eine Basischemikalie, deren Produktion bisher auf fossilen Energien basiert.

Der Aufbau der Anlage ermögliche die Erforschung der Methanolsynthese im Rahmen sogenannter Power-to-Liquid-Prozesse im industrienahen Maßstab. Schwerpunkte der Untersuchungen seien hierbei der dynamische Reaktorbetrieb sowie unkonventionelle Gaszusammensetzungen aus der Kopplung von elektrolytischem Wasserstoff mit CO2-haltigen Gasströmen.

Bioraffinerie für Ethanol

Bei den industriellen Partnern handele es sich um die CropEnergies AG, den Spezialchemiekonzern Clariant und der Thyssenkrupp Industrial Solutions AG. Akademische Partner seien die Fraunhofer-Institute IGB und UMSICHT sowie die TU Bergakademie Freiberg. „Ziel des Projekts ist eine wissenschaftliche und wirtschaftliche Betrachtung der Machbarkeit einer Methanolsynthese aus erneuerbaren Energien und biogenem CO₂ aus einer Bioraffinerie zur Herstellung von erneuerbarem Ethanol“. Das sagte Projektleiter Max Hadrich.

Die Miniplant-Anlage setze Wasserstoff und CO2 in einem kontinuierlichen Prozess zu Methanol um. Bei der exothermen Reaktion entsteht Wasser als Nebenprodukt. Zur fundierten großtechnischen Umsetzung dieses Verfahrens in Kombination mit einer Bioraffinerie seien auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft jedoch einige Fragestellungen offen.

Dynamischer Betrieb wichtig

So führten beispielsweise hohe CO2-Anteile im Synthesegas zu einer beschleunigten Alterung des eingesetzten Katalysators und zu verringerten chemischen Umsätzen. Ferner könnten eventuelle Schwankungen in der Produktion des aus fluktuierenden erneuerbaren Energien hergestellten Wasserstoffs, ebenso wie Schwankungen im gekoppelten Prozess zur Bereitstellung von CO2 einen dynamischen Synthesebetrieb notwendig machen.

Die neue Anlage sei ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg, optimale Katalysatoren und Prozesse für diese anspruchsvolle Anwendung zu entwickeln. Das Fraunhofer ISE untersuche die neuartigen Randbedingungen für die Methanolsynthese daher experimentell und mittels Simulationen mit Fokus auf den katalytischen Vorgänge Synthesereaktor. Dabei komme eine dynamische Simulationsplattform zum Einsatz, die stationäre und dynamische Wärmeübergänge, das Reaktionsverhalten und zeitliche sowie räumliche Temperaturkurven berechnen könne.

Einsatz für Speicher, Chemie und Kraftstoffe

Bei dem Reaktor handele es sich um eine Maßstabsverkleinerung einer Industrieanlage. Dieser Reaktor stehe im Zentrum der Miniplant-Anlage, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE konzipiert und aufgebaut haben. Ein speziell angepasstes Kühlsystem erreiche im Betrieb der Anlage ein ähnliches thermisches und reaktionskinetisches Verhalten wie in einer großskaligen Anlage erreicht.

Die Forscher erwarten, aus dem Betrieb wertvolle Auslegungsdaten zu generieren, die dazu beitragen, Methanol aus nachhaltigen Rohstoffen und erneuerbarem Strom zu gewinnen. Das grüne Methanol könnte dann als Energiespeicher, Chemikalie und Kraftstoff zum Einsatz kommen.

7.5.2020 | Quelle: Fraunhofer ISE © Solarthemen Media GmbH