WIR! H2-Well - Kombinierte Elektrolyse und Methanisierung zur Prozessoptimierung in der CO2-intensiven Baustoffindustrie; Teilprojekt 3: Entwicklung des Membranreaktors mit Peripherie

Abstract

Das Projekt hatte die Entwicklung, Realisierung und Erprobung eines druckfesten Membranreaktors zur thermokatalytischen Methanisierung von CO₂ aus dem Kalkbrennprozess zum Ziel. Am Fraunhofer IKTS wurden Reaktor und Peripherie prozesstechnisch ausgelegt, gebaut, in eine Pilotanlage mit elektrischem Kalkofen, CO₂‑Speicherung, Verdichter/Abfüllung und nachgeschalteter Pyrolyse integriert und unter praxisnahen Bedingungen betrieben. Der Reaktor nutzt keramische Membranen und einen industriellen Methanisierungskatalysator und ist für Betriebsdrücke bis 25 bar und typische CO₂‑Ströme der Kalkindustrie ausgelegt. In systematischen Versuchsreihen konnten beim Auslegungspunkt (800 Nl/h H₂, 200 Nl/h CO₂) CO₂‑Umsätze von 85–86 % sicher erreicht und durch optimierte Temperaturführung (ca. 315–330 °C) auf bis zu 97–99 % bei Methangehalten von etwa 80–85 Vol.-% gesteigert werden. Der gekoppelte Betrieb mit Speicher und Verdichter zeigte die prinzipielle technische Machbarkeit und identifizierte Temperaturführung, Gasbelastung, Druckregelung und Gasqualität als zentrale Stellgrößen für eine künftige Skalierung von CCU‑Ansätzen in der CO₂‑intensiven Baustoffindustrie.