Nachhaltiger Chemischer Speicher: Konversion von CO2 und H2 zu Methanol

In Anbetracht des steigenden Anteils von Wind- und Solarstrom wird es notwendig, elektrische Energie auch saisonal und in großem Maßstab zu speichern. Der von uns verfolgte Power-to-Liquid-Ansatz zielt darauf, durch die Elektrolyse von Wasser aus nachhaltigen Energiequellen große Mengen Wasserstoff herzustellen, der durch Reaktion mit Kohlendioxid in Methanol umgewandelt wird. Die Flüssigkeit Methanol lässt sich hervorragend speichern und transportieren. Am Fraunhofer ISE wurde eine sehr kompakte Laboranlage konzipiert und aufgebaut, die der Prozessoptimierung und der Auslegung einer industriellen Anlage bei der Solvay Fluor GmbH dient.

Methanol ist einer der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie. Weltweit werden jährlich etwa 60 Mio. Tonnen (2012) produziert. Ungefähr 85% davon werden als Ausgangsstoff für Synthesen oder als Lösungsmittel eingesetzt. Der Rest kommt im Energiesektor als Kraftstoff bzw. Kraftstoffadditiv zum Einsatz. Fossiles Erdgas ist derzeit die nahezu einzige Kohlenstoffquelle für die Methanolproduktion. Dadurch werden große Mengen Treibhausgase freigesetzt. Diese Emissionen können signifikant verringert werden, wenn Kohlendioxid – idealerweise aus biogenen Prozessen – mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff zu Methanol umgewandelt wird, wie unsere Ökobilanz-Rechnungen ergeben haben.

Zur Auslegung und zum besseren Verständnis unserer zweistufigen Anlage wurden vor den experimentellen Tests Prozesssimulationen auf Basis des Steady-State-Kinetik-Modells von Bussche und Froment durchgeführt. Da die Methanolsynthese ein exothermer Prozess ist, sind geringe Temperaturen thermodynamisch günstig. Allerdings sind die derzeit verwendeten Katalysatoren erst ab Temperaturen von typischerweise 250 °C ausreichend aktiv. Ein wichtiges Projektziel ist es deshalb, aktivere Katalysatoren zu verwenden, die den Einsatz bei geringeren Temperaturen erlauben. Derzeit wird am Fraunhofer ISE zunächst ein konventioneller Cu/ZnOKatalysator getestet, um die Anlage in Betrieb zu nehmen und ein geeignetes Referenzsystem zu etablieren.