Innovationspreis: Methanspaltung ohne CO2-Emissionen Neue Technologie verspricht klimafreundliche Energie aus Erdgas

Mit dem Innovationspreis der Deutschen Gaswirtschaft wurde ein gemeinsames Forschungsprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) aus Potsdam am 22. November 2018 in Berlin geehrt. Die Forscher entwickelten ein neues Verfahren, um Energie aus Erdgas CO2-neutral zu gewinnen. „Der Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft für das neue Verfahren zur Methanspaltung ist ein Beleg für den Innovationsgeist unserer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler“, erklärt Professor Holger Hanselka, Präsident des KIT, anlässlich der Preisverleihung. „Die Möglichkeit, fossiles Erdgas zukünftig klimafreundlich zu verwenden, kann entscheidend dazu beitragen, unser Energiesystem CO2-neutral zu gestalten.

Ich freue mich sehr darüber, dass wir als die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft gemeinsam mit unseren Partnern diesen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten können.“ Mit dem neu entwickelten Verfahren wird das hauptsächlich aus Methan bestehende Erdgas in Wasserstoff und festen Kohlenstoff umgewandelt, wie Dr. Stefan Stückrad, der das Forschungsprojekt am IASS mitgeleitet hat, erklärt.

Der bei der Methanspaltung produzierte Wasserstoff könne als Energieträger in Brennstoffzellenfahrzeugen sowie zur Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt werden. Auch Anwendungen in der chemischen Industrie seien möglich. „Bislang wird Wasserstoff für die Chemieindustrie meist in der Dampf-Methan-Reformierung aus Erdgas hergestellt. Dabei werden beträchtliche Mengen an Kohlendioxid freigesetzt“, so Stückrad. Beim Spalten – auch als „Cracken“ bezeichnet – entsteht neben Wasserstoff als Nebenprodukt sehr reiner, pulverförmiger Kohlenstoff, wie Stückrad erklärt. Dessen Bedeutung als industrieller Rohstoff nehme steig zu. So wird er beispielsweise in der Produktion von Elastomeren, Leichtbaustoffen, Druckfarben oder auch bei der Batteriefertigung eingesetzt.

Neues Verfahren: Geschmolzenes Zinn zentraler Bestandteil

Die Methanspaltung ist zwar keine grundsätzlich neue Idee – sie wurde zuvor bereits experimentell in Gasphasenreaktoren untersucht. Allerdings seien die konventionellen Methoden für eine Anwendung im industriellen Maßstab ungeeignet, wie Professor Thomas Wetzel vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) am KIT sagt. „Der beim Cracken anfallende Kohlenstoff lagert sich als feste Schicht an den beheizten Reaktorwänden an und blockiert die Reaktoren so in kurzer Zeit. Andere Ansätze auf Basis von lichtbogen- beziehungsweise plasmagestützten Reaktoren haben sich ebenfalls nicht durchsetzen können“, so Wetzel. Das Forschungsprojekt von IASS und KIT hat deshalb einen grundlegend anderen Ansatz für eine kontinuierliche pyrolytische Spaltung von Methan gewählt.

Die Grundidee: Geschmolzenes Zinn soll als Wärmeübertragungs- und Flüssigmedium in einem Blasensäulenreaktor verwendet werden. Die Forscher des KIT brachten hier ihre Expertise in der Flüssigmetallforschung und -technologie ein. In dem neuen Verfahren wird Methangas von unten in eine auf bis zu 1.200 Grad Celsius gehaltene Flüssigmetallsäule kontinuierlich eingebracht und steigt darin als Blasenschwarm auf. Dabei erreicht das Gas in den Blasen sehr schnell die Reaktionstemperatur, sodass die Pyrolysereaktion abläuft. „An der Oberfläche des flüssigen Zinns öffnen sich die Blasen und setzen den gasförmigen Wasserstoff sowie den Kohlenstoff frei“, erklärt Wetzel. „Der Kohlenstoff fällt dabei als mikrogranulares Pulver an, das sich einfach vom Gasstrom abtrennen und handhaben lässt.“ Damit machte die neue Technologie erstmals den kontinuierlichen Betrieb eines Reaktors zur Methanspaltung möglich. Im Labormaßstab konnte bereits eine Umwandlungsrate von bis zu 78 Prozent nachgewiesen werden, teilt das KIT mit.

Neben dem Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft in der Kategorie „Forschung & Entwicklung“ erhielt das Spin-off INERATEC des KIT zudem den erstmals vergebenen Sonderpreis für innovative Start-ups. INERATEC baut kompakte, chemische Reaktoren, die Herstellerangaben als fertig montierte Anlage in einen Schiffscontainer passen und überall eingesetzt werden können.

www.kit.edu

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