Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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EE-Methan aus CO2 - Entwicklung eines katalytischen Prozesses zur Methanisierung von CO2 aus industriellen Quellen

Research Studios Austria

Ausgangslage

Mit einem steigenden Anteil regenerativer Energieproduktion wie Photovoltaik und Wind nimmt das Ausmaß fluktuierender Stromproduktion im internationalen Stromnetz deutlich zu. In Kombination mit dem ebenfalls fluktuierenden Energieverbrauch ergibt sich eine hohe Volatilität hinsichtlich der Kapazitäten und der Preise für elektrischen Strom. Vor allem saisonale Schwankungen in der Energieproduktion bringen die Stromnetze bereits heute an ihre Kapazitätsgrenzen. Stabile Preise und optimale Nutzung bestehender Netzkapazitäten können nur durch eine Glättung der Auslastung beispielsweise durch temporäre Speicherung von Strom bewerkstelligt werden. Technische Stromspeicher weisen heute entweder zu geringe Speicherkapazitäten (Batterien, Kondensatoren), fehlende Praktikabilität (Schwungräder, Druckluftspeicher) oder begrenzte Standortauswahl (Pumpspeicher) auf, oft auch in Kombination mit hohen Kosten. Das Konzept Power-to-Gas (P2G) bietet in diesem Zusammenhang ein sehr großes Potential. Hier wird mittels Elektrolyse aus dem zu speichernden Strom Wasserstoff produziert, welcher mit einer Kohlenstoffquelle (meistens Kohlendioxid aus Kraftwerken, Industrieprozessen oder biogenen Prozessen) auf chemischem oder biologischem Weg zu Methan umgesetzt wird. Entsprechend aufbereitet kann dieses Methangas ins öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden. Auch die direkte Einspeisung von Wasserstoff in Erdgasnetze bis zu einem gewissen Anteil wird heute untersucht. Schätzungen zeigen, dass im Erdgasnetz etwa das Achtfache der notwendigen Kapazität vorhanden ist um die genannten saisonalen Schwankungen selbst bei einem Anteil erneuerbarer Stromproduktion von 80% zu decken. Damit ist das Erdgasnetz ein äußerst potenter Stromspeicher, da Erdgas heute mit hohen Wirkungsgraden rückverstromt werden kann. Gesamtwirkungsgrade für die Kette Strom-Gas-Strom werden mit etwa 40 bis 50% angegeben.

 

 

 

Zielsetzung

Das Ziel im RSA-Projekt „EE-Methan aus CO2“ ist, einen auf die speziellen Randbedingungen der EE-Methanerzeugung abgestimmten katalytischen Prozess zu entwickeln, der als zentrale Innovation den Katalysator in Wabenform in Verbindung mit einem Hordenreaktorsystem verwendet. Die Ergebnisse sollen eine Basis für die Dimensionierung und Ausführung von Methanisierungsanlagen zur Verwertung von CO2 aus industriellen Punktquellen sowie der chemischen Speicherung von elektrischer Energie in Form von einspeisbarem synthetischem Erdgas liefern und die Grundlagen zum Bau einer Demonstrationsanlage schaffen.

Methodik

Die Zielsetzungen lassen sich wie folgt konkretisieren:

  • Entwicklung von Methanisierungskatalysatoren in Wabenform auf keramischen Trägermaterialien, die auf die speziellen Randbedingungen der CO2-Quellen angepasst sind und so eine um mindestens 10% erhöhte Lebensdauer haben als kommerziell erhältliche Methansierungskatalysatoren
  • Entwicklung eines zu den Waben angepassten Hordenreaktorsystems, das aufgrund der besseren Temperaturführung im Reaktor (Wärmeauskopplung zwischen den Wabenschichten) und der gezielten Rückführung von Produktgasen eine erhöhte Ausbeute und Umsetzungsrate hat als bestehende Reaktorkonzepte. Festlegung der optimalen Betriebsbedingungen für unterschiedliche CO2-Quellen (Kraftwerksabgase, Biogas)
  • Entwicklung von Strategien zur gezielten Nutzung der ausgekoppelten Wärme, beispielsweise in benachbarten Industriebetrieben (Kraftwerke, Biogasanlage etc.), die gleichzeitig die CO2-Lieferanten sein können
  • Aufbereitung der Produktgase aus dem Reaktionsprozess bis zur Einspeisequalität ins Erdgasnetz mittels Membranverfahren
  • Ökologische und ökonomische Gesamtbewertung des Prozesses inklusive eine Gesamt-CO2-Bilanz durch begleitende Studien von der Konzeptfindung an.

 

 

 

Wissenschaftliche Partner im Projekt

  • Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz
  • PROFACTOR GmbH, Geschäftsbereich Innovative Energiesysteme
  • Montanuniversität Leoben – Institut für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes
  • TU Wien – Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften

 

Kontakt: Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Michael Harasek