Der Schweizer Weg zu synthetischem Methan ist solider und flexibler

Synthetische Energieträger sind COXNUMX-neutral und machen erneuerbare Energie transport- und langfristig speicherbar.
Synthetisch hergestelltes Methan ist eines davon, aber es gibt ein Problem: Die Herstellung ist mit ziemlich hohen Energieverlusten verbunden; Darüber hinaus erfordern bestehende Prozesse eine Methanreinigung.
Um diese Situation zu ändern, in Schweiz EMPA-Forschende haben ein neues Reaktorkonzept entwickelt, das für die Methanisierung, also die Erzeugung von synthetischem Methan, optimiert ist.

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Dabei entsteht nur die Menge an CO2, die zuvor durch den Wasserdampf der Atmosphäre entzogen wurde

Eine erfolgreiche Energiewende braucht klimafreundliche Energiequellen; das bedeutet: geringstmögliche CO2-Emissionen (idealerweise keine), bei der Herstellung und Nutzung.
Synthetische Energieträger, also solche, die durch chemische Umwandlungsprozesse aus erneuerbaren Energien gewonnen werden, sind eine der vielversprechendsten Optionen.
Bei der Nutzung dieser Energieträger entsteht nur die Menge an CO2, die zuvor für deren Herstellung der Atmosphäre entzogen wurde.

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Christian Bach: „Ein Manifold für uns von Climeworks, einem Spin-off der Zürcher Hochschule“

Künstlich hergestelltes Methan fällt in diese Kategorie.
„Synthetisches Gas bietet enormes Potenzial, wenn es aus atmosphärischem CO2 und regenerativ erzeugtem Wasserstoff hergestellt wird“er erklärt Christian Bach, Leiter des Labors Automotive Powertrain Technologies derEMPA.
„Allerdings ist für die Herstellung von Wasserstoff viel Wasser und erneuerbarer Strom notwendig. In unserem Mobilitätsdemonstrator wollen wir deshalb mit Hilfe eines CO2-Kollektors eines Spin-off-Unternehmens aus der Atmosphäre nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Wasser für die Wasserstoffproduktion direkt aus der Atmosphäre gewinnen Polytechnikum Zürich, das Klimawerk“.
Künftig könnten diese Konzepte auch in Wüstenregionen ohne flüssige Wasserreserven umgesetzt werden.

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Kein "H" auf der Seite entsteht in den Studien von Kiefer, Nikolic, Borgschulte und Dimopoulos Eggenschwiler

Allerdings hat die Herstellung von synthetischem Methan aus Wasserstoff und CO2, die sogenannte Methanisierung, Tücken.
Tatsächlich enthält das durch diesen katalytischen Prozess produzierte Methan noch Wasserstoff, was verhindert, dass es direkt in das Gasnetz eingebracht wird.
Die Forscher vonEMPA Florian Kiefer, Marin Nikolic, Andreas Borgschulte e Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler sie entwickelten daher ein neues reaktorkonzept, bei dem die bildung von wasserstoff auf der produktseite verhindert wird.
Dies führt zu einer einfacheren Prozessführung und einer erhöhten Eignung für den dynamischen Betrieb, zB zur Kopplung mit instabil verfügbaren erneuerbaren Energien.
Das Projekt wird vom Kanton Zürich, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Schweiz, Armasuisse, Swisspower und dem Rat der Eidgenössischen Technischen Hochschulen unterstützt.

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Durch die Adsorption von H2O ist eine direkte Einleitung des „Neomethans“ in das Gasnetz möglich

Wasserstofffreies Methan wird durch einen Prozess namens Absorptionsmethanisierung hergestellt.
Die Idee: Das bei der Reaktion entstehende Wasser wird während der Methanisierung kontinuierlich an einem porösen Katalysatorträger adsorbiert.
Die Adsorption ist im Unterschied zur Absorption ein chemisch-physikalisches Phänomen, das in der Anlagerung eines oder mehrerer flüssiger Stoffe an der Oberfläche eines Kondensats besteht.
Durch die kontinuierliche Entfernung von Wasser kann nur Methan als Produkt in reiner Form gewonnen werden, wodurch eine Reinigung des (vorherigen) Produktgemisches entfällt.
Am Ende der Reaktion wird das katalytische Trägermaterial durch Absenken des Drucks wieder getrocknet und steht für den nächsten Reaktionszyklus bereit.
„Dieses Verfahren ist flexibler und stabiler als bisherige Systeme, hat aber auch ein gewisses Energieeinsparpotenzial, weil wir es mit einem niedrigeren Druck fahren können und auf Wasserstoffabtrennung und -rückführung verzichten können.“er erklärt Florian Kiefer, Projektleiter für Uptake-Enhanced-Methanisierung bei Bewegung.
„Eine genaue Bewertung der Energieeffizienz wird allerdings erst im Vollbetrieb des Demonstrators möglich sein.“

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Vom Labor zur Industrieanlage: Drei Jahre Forschung mit Zeolith-Pellets zum Patentabschluss

Rund drei Jahre brauchten Florian Kiefer und sein Team, um ein neues Reaktorkonzept mit Zeolith-Pellets zu entwickeln, die als poröser Träger für den Katalysator fungieren und gleichzeitig das bei der Methanisierungsreaktion entstehende Wasser aufnehmen.
Auch die Hochskalierung des Verfahrens stand im Fokus, das heißt, es wurde überlegt, wie dieses Verfahren für Großanlagen umgesetzt werden kann.
Zu diesem Zweck arbeitete die EMPA mit mehreren Industriepartnern zusammen.
Die Regenerationszeit, d. h. die zum Austrocknen des Reaktors erforderliche Zeit, ist für die Reaktorkonstruktion und Prozessplanung entscheidend.
Um eine kontinuierliche Produktion von synthetischem Methan zu gewährleisten, müssen mindestens zwei Reaktoren abwechselnd betrieben werden.
Das Wärmemanagement ist auch für die Reaktortrocknung kritisch, sowohl durch Abführen von Wärme aus dem Reaktor als auch durch Speichern der Wärme innerhalb des Katalysatorbetts.
Und das Team um Florian Kiefer hat auf diesem Gebiet bereits ein Patent angemeldet.

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Ein flexibles Energiesystem dank Synfuels: Sie sind einfach zu lagern und zu transportieren

Synthetische Kraftstoffe kommen in konventionellen Benzin-, Diesel- oder Gasfahrzeugen zum Einsatz.
Die hohen Umwandlungsverluste sind der große Nachteil von Synfuels: Heute gehen etwa 50 Prozent der Primärenergie bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe aus erneuerbarem Strom verloren.
In Zukunft können diese Verluste wahrscheinlich auf 40-45 Prozent reduziert werden.
Ökonomische Analysen zeigen, dass Synfuels nur dort sinnvoll sind, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist: zum Beispiel im Fern- und Schwerlastverkehr, bei Frachtschiffen und Flugzeugen.
Betrachtet man jedoch das gesamte Energiesystem, haben synthetische Kraftstoffe einen entscheidenden Vorteil: Sie lassen sich problemlos über weite Strecken transportieren, was auch die Nutzung entfernter erneuerbarer Energieressourcen ermöglicht.
Außerdem können sie über lange Zeit ohne Verlust gelagert werden.
Auf diese Weise machen sie unser erneuerbares Energiesystem zu Hause viel flexibler.

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