"Aufbau und Betrieb der Demo-Anlage, Entwicklung eines Methanisierungsreaktors zur direkten Umsetzung des festen Hydrogencarbons" im Verbundvorhaben "BiCarb2Fuel - Direkte Synthese von Methan und Methanol aus Hydrogencarbonaten und Wasserstoff unter Bildung von Carbonaten als CO2-Absorbens"

Abstract

Die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre steigt noch immer. Die Abscheidung des Treibhausgases aus hochkonzentrierten Punktquellen ist ein wirksamer Schritt zur Reduktion der Emissionen. Sie stellt jedoch einen aktuell wirtschaftlich nicht tragbaren Mehraufwand da.

BiCarb2Fuel betrachtet einen neuen Absorptionsprozess mit Alkalimetall(bi)carbonat als chemischem Kohlenstoffdioxidspeicher. Im Gegensatz zur Aminwäsche kommt das Verfahren mit deutlich weniger Energie aus. Zudem sind die Chemikalien nicht gefährlich für Mensch und Umwelt.

Die Nutzung von Alkalimetallcarbonat ist jedoch mit einer vielfach langsameren Kinetik verbunden, die zu geringeren Abscheideraten führt. Der Einsatz unbedenklicher Aminosäuren als Katalysatoren der Bildung von Bicarbonat, das im Prozess den Kohlenstoffdioxidspeicher darstellt, erhöht die Reaktivität des Systems auf das Niveau der Aminwäsche.

Abscheideverfahren auf Basis solcher Carbonate werden bisher in der Desorption druckbelastet gefahren, um die Verdampfung des wässrigen Lösungsmittels zu vermeiden. Der in BiCarb2Fuel verfolgt Ansatz der Auskristallisierung des Bicarbonats mit anschließender Desorption aus dem trockenen Feststoff ermöglicht das Fahren bei atmosphärischem Druck. Mit dem Bicarbonat steht ein ungefährlicher Feststoffspeicher für das Kohlenstoffdioxid zur Verfügung. Im Kontext einer Power-to-X-Anwendung hilft der Speicher zum Ausgleichen von Fluktuationen in der Bereitstellung von grünem Wasserstoff. In BiCarb2Fuel wurden die Teilprozesse Absorption, Kristallisierung, Desorption und Methanisierung auf Laborebene untersucht. Darüber hinaus wurden Pilotanlagen aufgebaut und betrieben. Die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses wurde mithilfe von Systemsimulationen untersucht. Es zeigte sich, dass der Teilprozess der Kristallisierung das Gesamtverfahren am stärksten limitiert. Zudem erwies sich die Synthese von Methanol als wirtschaftlich attraktiver als die von Methan.