{"id":53869,"date":"2018-06-21T07:20:13","date_gmt":"2018-06-21T05:20:13","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=53869"},"modified":"2021-09-09T21:34:10","modified_gmt":"2021-09-09T19:34:10","slug":"neue-membranreaktoren-liefern-gruene-grundstoffe-fuer-die-chemische-industrie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/neue-membranreaktoren-liefern-gruene-grundstoffe-fuer-die-chemische-industrie\/","title":{"rendered":"Neue Membranreaktoren liefern “gr\u00fcne” Grundstoffe f\u00fcr die chemische Industrie"},"content":{"rendered":"
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Neuartiger Membranreaktor zur effektiven Herstellung von chemischen Grundstoffen mit deutlich gesteigerten Ausbeuten. \u00a9 Fraunhofer IKTS<\/figcaption><\/figure>\n

Geschlossene Kohlenstoffkreisl\u00e4ufe m\u00fcssen in Zukunft einen wichtigen Beitrag leisten, Kohlendioxid-Emissionen drastisch zu reduzieren und einen sicheren und kosteng\u00fcnstigen Zugang zu Kohlenstoffquellen als Basis f\u00fcr Produkte der chemischen Industrie zu gew\u00e4hrleisten. Um die Effizienz und damit Wirtschaftlichkeit der daf\u00fcr erforderlichen Syntheseprozesse zu steigern, hat das Fraunhofer IKTS in Zusammenarbeit mit dem Th\u00fcringer Unternehmen MUW-SCREENTEC GmbH einen neuartigen Membranreaktor entwickelt.<\/strong><\/p>\n

Ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf basiert auf der steten Umsetzung von Kohlendioxid mit Energie \u2013\u00a0 idealerweise aus regenerativen Quellen. So l\u00e4sst sich aus regenerativ erzeugtem Strom beispielswiese Wasserstoff herstellen, welcher unter Nutzung von Kohlendioxid zu speicherbaren Stoffen wie Methanol umgewandelt werden kann. Der nach dem Prinzip “Power-to-Liquid” hergestellte fl\u00fcssige und somit transportable Speicherstoff Methanol besitzt eine hohe Energiedichte und erlaubt eine unbegrenzte Lagerung ohne Verluste. Au\u00dferdem ist dieser wertvolle Energietr\u00e4ger auch eine wichtige Basischemikalie f\u00fcr weiterf\u00fchrende Synthesen, beispielsweise f\u00fcr Kunststoffe.<\/p>\n

Derzeit ist bei der Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlendioxid die notwendige Abtrennung des Wassers noch ein separater Schritt. Die dabei zum Einsatz kommenden thermischen Verfahren sind energieaufw\u00e4ndig und reduzieren den Wirkungsgrad. Mit einem so genannten Membranreaktor ist es nun erstmals gelungen, die chemische Reaktion mit der Stofftrennung in einem Apparat zu koppeln. Das Konzept wurde vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Keramische Technologien und Systeme IKTS und der MUW-SCREENTEC GmbH unter F\u00f6rderung der Th\u00fcringer Aufbaubank entwickelt und in Hardware demonstriert. Durch die membranunterst\u00fctzte Abtrennung des Wassers aus dem Reaktionsraum wird die Lage des chemischen Gleichgewichts w\u00e4hrend der Synthese gezielt zugunsten des Methanols verschoben.<\/p>\n

Auf Basis dieser Ergebnisse lassen Simulationsrechnungen eine deutliche Steigerung der Methanolausbeute auf 60% in Membranreaktoren statt bisher 20% in konventionellen Reaktoren erwarten, wenn man auf industrielle Anlagen hochskaliert. Der experimentelle Nachweis der genauen Steigerung der Ausbeute wird derzeit von den Projektpartnern erbracht. Die f\u00fcr die Reaktoren notwendigen Membranen wurden ebenfalls am Fraunhofer IKTS entwickelt. Sie m\u00fcssen neben den wasserabtrennenden Eigenschaften auch unter den anspruchsvollen Prozessbedingungen mechanisch, chemisch und thermisch stabil sein. F\u00fcr die Methanolsynthese erwiesen sich bislang wasserselektive Kohlenstoffmembranen als besonders effektiv.<\/p>\n

Die umgekehrte Reaktion der Methanolsynthese \u2013 das Methanol-Reforming \u2013 l\u00e4sst sich ebenfalls \u00e4u\u00dferst effizient im neuen Membranreaktor realisieren. Hierbei dient das Methanol als gut handhabbarer fl\u00fcssiger Wasserstoffspeicher. Das entstehende Kohlendioxid wird im Membranreaktor abgetrennt und steht somit wieder als Ausgangsstoff f\u00fcr einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf zur Verf\u00fcgung. Nutzbar sind solche geschlossenen Konzepte beispielsweise zur Versorgung von Schiffen mit dem Treibstoff Wasserstoff, welcher aus gut transportablem Methanol und Wasser gewonnen wird.<\/p>\n

Mit den neu entwickelten Membranreaktoren kann unter modifizierten Prozessbedingungen und mit anderen Katalysatoren aus Kohlendioxid und Wasserstoff auch synthetisches Methan hergestellt werden, welches sich im Erdgasnetz unbegrenzt speichern l\u00e4sst. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen alternative Treibstoffe wie Dimethylether oder die wichtige Basischemikalie Formaldehyd synthetisiert und damit die \u00bbPower-to-Chemicals-Strategie\u00ab umgesetzt werden.<\/p>\n

Um eine weitere Effizienzsteigerung der Syntheseprozesse zu erzielen, fokussieren zuk\u00fcnftige Forschungsarbeiten nun auf einer gezielten Verbesserung der Katalysatoreigenschaften. Daher werden am Fraunhofer IKTS Katalysatoren entwickelt, die sich k\u00fcnftig direkt \u2013 und nicht wie bislang als Sch\u00fcttung \u2013 auf die Membran applizieren lassen. \u00bbDas Fraunhofer IKTS verf\u00fcgt sowohl \u00fcber die gesamte Prozesskette zur Herstellung stabiler und selektiver Membranen als auch \u00fcber umfangreiche Kompetenzen zur Katalysator- und Prozessentwicklung \u2013 ein weltweit einmaliger Wettbewerbsvorteil\u00ab, sagt Dr. Norman Reger-Wagner, Gruppenleiter am Th\u00fcringer Standort.<\/p>\n

Perspektivisch sind durch die kontinuierliche Verbesserung der Membranen und des Verfahrens \u2013 beispielsweise durch eine selektive, membrangest\u00fctzte Eindosierung von Wasserstoff in den Reaktionsraum \u2013 weitere deutliche Effizienzsteigerungen zu erwarten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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