{"id":74862,"date":"2020-05-18T07:29:41","date_gmt":"2020-05-18T05:29:41","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=74862"},"modified":"2021-09-09T21:19:10","modified_gmt":"2021-09-09T19:19:10","slug":"echtzeit-einblicke-in-die-methanolsynthese-dynamischer-betrieb-einer-miniplant-anlage-am-fraunhofer-ise","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/echtzeit-einblicke-in-die-methanolsynthese-dynamischer-betrieb-einer-miniplant-anlage-am-fraunhofer-ise\/","title":{"rendered":"Echtzeit-Einblicke in die Methanolsynthese: Dynamischer Betrieb einer Miniplant-Anlage am Fraunhofer ISE"},"content":{"rendered":"

Methanol wird als chemischer Energietr\u00e4ger im Zuge der Energiewende an Bedeutung gewinnen. Im Rahmen des Projekts \u00bbPower-to-Methanol \u2013 Gr\u00fcnes Methanol\u00ab hat das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE im Dezember 2019 eine Miniplant-Anlage zur Methanolsynthese, also der Herstellung von Methanol aus Wasserstoff und CO2<\/sub>, erfolgreich in Betrieb genommen. Die Miniplant-Anlage zeichnet sich durch eine zeitlich und r\u00e4umlich hochaufl\u00f6sende Messtechnik aus. Der Aufbau erm\u00f6glicht die Erforschung u.a. der Methanolsynthese im Rahmen sogenannter Power-to-Liquid-Prozesse im industrienahen Ma\u00dfstab. Schwerpunkte der Untersuchungen sind hierbei der dynamische Reaktorbetrieb sowie unkonventionelle Gaszusammensetzungen aus der Kopplung von elektrolytischem Wasserstoff mit CO2<\/sub>-haltigen Gasstr\u00f6men.<\/strong><\/p>\n

\"Methanol-Miniplant-Anlage\"
Scale-Down-Miniplant zur Erforschung der Methanolsynthese am Fraunhofer ISE. \u00a9 Fraunhofer ISE<\/figcaption><\/figure>\n

Methanol ist mit einer Jahresproduktion von \u00fcber 100 Mio. Tonnen bereits heute eine der wichtigsten Basischemikalien weltweit. Die konventionellen Herstellungsprozesse basieren auf fossilen Rohstoffen wie Erdgas, Kohle oder Erd\u00f6l, wurden in den vergangenen Jahrzehnten technisch etabliert, verursachen jedoch hohe CO2<\/sub>-Treibhausgasemissionen. \u00bbDagegen bietet die Methanolsynthese im Rahmen sogenannter Power-to-Liquid-Verfahren das Potenzial, CO2<\/sub> beispielsweise aus Biomasse zu binden und im Kreislauf zu f\u00fchren\u00ab, erkl\u00e4rt Dr.-Ing. Achim Schaadt, Abteilungsleiter Thermochemische Prozesse am Fraunhofer ISE.<\/p>\n

Das Projekt \u00bbPower-to-Methanol \u2013 Gr\u00fcnes Methanol\u00ab, das vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie gef\u00f6rdert und von der DECHEMA e.V. geleitet wird, erforscht diese Art von Alternativen. Die industriellen Partner sind die CropEnergies AG als Mitglied der S\u00fcdzucker-Gruppe, der Spezialchemiekonzern Clariant sowie die thyssenkrupp Industrial Solutions AG. Akademische Partner sind die Fraunhofer-Institute IGB und UMSICHT sowie die TU Bergakademie Freiberg. \u00bbZiel des Projekts ist eine wissenschaftliche und wirtschaftliche Betrachtung der Machbarkeit einer Methanolsynthese aus erneuerbaren Energien und biogenem CO\u2082<\/sub> aus einer Bioraffinerie zur Herstellung von erneuerbarem Ethanol\u00ab, so Projektleiter Max Hadrich, Teamleiter Power-to-Liquids am Fraunhofer ISE.<\/p>\n

Untersuchung der Dynamik der Methanolsynthese<\/h3>\n

Die Miniplant-Anlage setzt Wasserstoff und CO2<\/sub> in einem kontinuierlichen Prozess zu Methanol um. Dabei wird W\u00e4rme frei und es entsteht Wasser als Nebenprodukt. Zur fundierten gro\u00dftechnischen Umsetzung dieses Verfahrens in Kombination mit einer Bioraffinerie sind auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft jedoch noch einige Fragestellungen offen. So f\u00fchren beispielsweise solch hohe CO2<\/sub>-Anteile im Synthesegas zu einer beschleunigten Alterung des eingesetzten Katalysators und zu verringerten chemischen Ums\u00e4tzen. Ferner k\u00f6nnen eventuelle Schwankungen in der Produktion des aus fluktuierenden erneuerbaren Energien hergestellten Wasserstoffs, ebenso wie Schwankungen im gekoppelten Prozess zur Bereitstellung von CO2<\/sub> einen dynamischen Synthesebetrieb erfordern. \u00bbHieraus ergeben sich vielf\u00e4ltige Kombinationen technischer Arbeitspunkte, die erst einmal untersucht werden m\u00fcssen, bevor eine nachhaltige Methanolsynthese im Industriema\u00dfstab umgesetzt werden kann. Eine solche Dynamik ist bei heutigen Prozessen schlicht nicht vorgesehen\u00ab, erkl\u00e4rt Florian Nestler, Doktorand am Fraunhofer ISE. Dr. Andreas Geisbauer, Power-to-Liquid-Experte beim Projektpartner Clariant best\u00e4tigt: \u00bbMethanol aus CO2<\/sub> und \u201agr\u00fcnem\u2018 Wasserstoff zu produzieren, stellt hohe Anforderungen an Katalysatoren. Die neue Anlage ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg, optimale Katalysatoren und Prozesse f\u00fcr diese anspruchsvolle Anwendung zu entwickeln.\u00ab<\/p>\n

Simulation und Experimente aus einer Hand<\/h3>\n

Am Fraunhofer ISE werden die neuartigen Randbedingungen f\u00fcr die Methanolsynthese daher experimentell und mittels Simulationen mit Fokus auf den katalytischen Vorg\u00e4ngen im Synthesereaktor untersucht. Dazu wurde eine dynamische Simulationsplattform entwickelt, die station\u00e4re und dynamische W\u00e4rme\u00fcberg\u00e4nge, das Reaktionsverhalten und zeitliche sowie r\u00e4umliche Temperaturkurven berechnen kann.<\/p>\n

Um eine gute \u00dcbertragbarkeit auf eine Industrieanlage mit m\u00f6glichst geringem Aufwand und in kurzer Zeit zu erreichen, wurde eine Ma\u00dfstabsverkleinerung, der sogenannte Scale-Down, eines industriellen Synthesereaktors vollzogen. Dieser Reaktor steht im Zentrum einer Miniplant-Anlage, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE konzipiert und aufgebaut haben. Durch ein speziell angepasstes K\u00fchlsystem kann im Betrieb der Anlage ein \u00e4hnliches thermisches und reaktionskinetisches Verhalten wie in einer gro\u00dfskaligen Anlage erreicht werden.<\/p>\n

Modellierungs- und Simulationsans\u00e4tze aus der Literatur sollen mithilfe dieser Anlage validiert und erweitert werden. Dazu wurde ein zeitlich und r\u00e4umlich hochaufl\u00f6sendes Analytiksystem in die Miniplant integriert. Hierbei handelt es sich zum einen um eine dynamische Messung der Produktkonzentration mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) und zum anderen um eine ortsaufgel\u00f6ste Temperaturmessung im Inneren des Reaktors durch eine neuartige faseroptische Messmethode. In Kombination erlauben diese Messdaten Echtzeit-Aussagen im Sekundenbereich \u00fcber die Vorg\u00e4nge im Reaktor und k\u00f6nnen zur Anpassung der Modellparameter sowohl f\u00fcr die station\u00e4re als auch f\u00fcr die dynamische Simulation genutzt werden. Zuk\u00fcnftig k\u00f6nnen so neben Aussagen zur Reaktionskinetik auch Erkenntnisse zur Desaktivierung des Katalysators in Langzeitmessungen gewonnen werden. Betriebspunkte k\u00f6nnen sehr schnell charakterisiert werden, wodurch selbst umfangreiche Parameterr\u00e4ume z\u00fcgig abgearbeitet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die so gewonnenen Erkenntnisse werden mit der bestehenden dynamischen Simulationsplattform des Fraunhofer ISE verkn\u00fcpft. Dies erm\u00f6glicht die Untersuchung von Lastwechseln, wie sie zuk\u00fcnftig in realen Industrieanlagen auftreten w\u00fcrden. Hieraus werden wiederum wertvolle Auslegungsdaten generiert, die dazu beitragen, dass Methanol aus nachhaltigen Rohstoffen und erneuerbarem Strom gewonnen und somit zuk\u00fcnftig in verschiedenen Anwendungen als Energiespeicher, Chemikalie, sowie Kraftstoff(additiv) genutzt werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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