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08.04.2014 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

Überschüssiger Strom verwandelt Kohlendioxid in Erdgas

Autor:
Katrin Pudenz

Das Treibhausgas Kohlendioxid könnte zu einem wichtigen Baustein der Energiewende werden: Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) entwickeln mit Forschern von Wacker Chemie und Clariant Katalysatoren für die Umwandlung von Kohlendioxid in Methan. Der dazu benötigte Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser mit Überschussstrom gewonnen.

Die Wissenschaftler arbeiten in dem von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt iC4 (integrated Carbon Capture, Conversion and Cycling) daran, die schon seit 100 Jahren bekannte Umwandlung von Kohlendioxid in künstliches Erdgas so zu optimieren. Sie soll als Speichertechnik konkurrenzfähig werden. Im Rahmen des Projekts testeten die Forscher mehr als 250 verschiedene Katalysatorsysteme, darunter sowohl bereits verfügbare als auch im Rahmen des Projekts neu entwickelte, heißt es aus München. Die erfolgversprechendsten Kandidaten optimieren sie weiter.

In der Pilotanlage von MAN Diesel & Turbo am Standort Deggendorf erreichen die ersten Katalysatoren inzwischen Ausbeuten im Bereich zwischen 92 und mehr als 95 Prozent, genug Methan, um das Gas ins Erdgasnetz einzuspeisen, wird berichtet. Doch den Forschern des Projekts geht es vor allem darum, den genauen Ablauf der Umsetzung und die Reaktionen an den Oberflächen der Katalysatoren zu erforschen. "Dieses Wissen ist der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Methanherstellung in großtechnischen Maßstab", betont Professor Bernhard Rieger, Inhaber des Wacker-Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie der TU München und Sprecher des iC4-Konsortiums.

"Wir können weder so viele Batterien herstellen noch so viele Pumpspeicherkraftwerke bauen, um die zukünftig zu erwartenden Differenzen zwischen Stromproduktion und Stromverbrauch auszugleichen", erläutert Rieger. "Der einzige Weg so große Energiemengen zu speichern, führt über die chemische Speicherung."

Synthetisches Erdgas als Energiespeicher

Methan erscheint den Forschern als Speicherform besonders wertvoll, da es bereits ein deutschlandweites Verteilnetz für Erdgas gibt und Speicherkapazitäten, die selbst eine Flaute von mehreren Wochen überbrücken könnten. Darüber hinaus gebe es bereits Jahrzehnte lange Erfahrung mit der Verwendung von Erdgas als Treibstoff für Autos.

Auch der Rohstoff der Reaktion, das Kohlendioxid, ist in großen Mengen verfügbar: Natürliches Erdgas enthält neben seinem Energieträger Methan auch bis zu zehn Prozent Kohlendioxid, führen die Experten aus und fügen hinzu: Biogasanlagen produzieren neben Methan bis zu 50 Prozent Kohlendioxid. Die größten Kohlendioxidquellen seien jedoch Kraftwerke, die Kohle, Öl oder Gas verbrennen und energieintensive Prozesse wie die Zementherstellung oder die Metallgewinnung.

Umsetzung

Als eine Herausforderung bei der Nutzung dieser Kohlendioxidquellen betrachten die Forscher die Reinheit des Kohlendioxids. Rauchgase enthalten aggressives Schwefeldioxid, Biogas enthält ebenfalls Schwefelverbindungen, erläutern sie. Der optimale Katalysator sollte gegenüber solchen Störsubstanzen möglichst unempfindlich sein, um die Kosten für die Reinigung des Kohlendioxids gering zu halten. Auf der Suche nach robusten und noch aktiveren Katalysatorsystemen untersuchen die Wissenschaftler an der TU München nun die Wechselwirkungen verschiedener katalytisch aktiver Metalle und Trägermaterialien sowie die Einflüsse unterschiedlicher Präparationsmethoden auf Stabilität und Aktivität.

Eine weitere Herausforderung stelle die mehrstufige, viel Energie freisetzende Reaktion an sich dar: "Zwar gibt es schon erste Demonstrationslagen zur Methanherstellung, doch noch ist die Reaktionskinetik der verschiedenen Teilreaktionen nicht vollständig verstanden", berichtet Rieger. Ein wichtiges Ziel der Forschungsarbeit sei daher die theoretische Modellierung der Reaktionen am Computer. Für die Entwicklung effizienter Großanlagen seien solche Modellrechnungen eine wichtige Grundlage.

Gegliedert in vier Säulen

Das Verbundprojekt zur Nutzung von Kohlendioxid als Energiespeicher gliedert sich in vier Säulen: Abtrennung von Kohlendioxid aus Erdgas und Biogas, Abtrennung von Kohlendioxid aus Abgasen (Kraftwerke, Zementindustrie, etc.), katalytische Umwandlung von Kohlendioxid zu Methan, und direkte stoffliche Nutzung von Kohlendioxid durch Photokatalyse. Mit Unternehmen wie Clariant, e.on, Linde, MAN Diesel & Turbo, Siemens, Wacker Chemie sowie dem Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik und der TU München vereint das iC4-Konsortium Kompetenzen in allen notwendigen Wertschöpfungsschritten. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

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