DATIpilot Modul 1 Innovationssprints: Effiziente Methanspaltung - Anlage und Prozess (EMAP)

Abstract

Im Rahmen des Projekts wurde ein Verfahren zur CO2-freien Wasserstoffproduktion durch Methanspaltung in einem Mikrowellen beheizten Wirbelschichtreaktor mit kohlenstoffbasierten Katalysatoren entwickelt. Die direkte Mikrowellenheizung des Katalysators bewirkt, dass die Spaltung direkt an der Katalysatoroberfläche erfolgt und der anfallende Kohlenstoff sich dort absetzt. Der abgeschiedene Kohlenstoff erhöht die Masse der Katalysatorteilchen, wodurch das Teilchen ab einer bestimmten Masse selbstständig aus der Wirbelschicht austritt. Der Kohlenstoff kann einfach aus dem Reaktor entnommen und weiter aufgearbeitet werden. Die direkte Heizung verhindert unerwünschte Nebenprodukte und erhöht Ausbeute, Selektivität sowie Energieeffizienz. Der Katalysator wird im Wirbelfeld bewegt, um eine homogene Erwärmung durch die Mikrowellen sicherzustellen. In der Prozessführung wurden Experimente mit Methankonzentrationen von 20 bis 70 Prozent durchgeführt. Der abgeschiedene Kohlenstoff wurde unter Schutzatmosphäre entnommen und charakterisiert. Eine hohe Selektivität zu Wasserstoff (>95 %) wurde erreicht, wobei keine unerwünschten Nebenprodukte auftraten. Dier abgeschiedene Kohlenstoff deaktivieren den Katalysator durch eine deutliche Verringerung der Porosität der Oberfläche. Die XRD – Analyse des abgeschiedenen Kohlenstoffs zeigte amorphen oder turbostratischer Kohlenstoff.