Biogas ist eine seit langem bekannte erneuerbare Energiequelle. Es findet sowohl in stationären Blockheizkraftwerken (BHKW) als auch aufbereitet im mobilen Sektor seinen Einsatz. Neben Biogas bietet auch Wasserstoff zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Energiewirtschaft – insbesondere als emissionsfreier Energiespeicher. Für die Lagerung und den Transport von Wasserstoff sind technische Lösungen vorhanden, allerdings ist die Speicherdichte des Gases gering, während die Umwandlungsverluste bei einer Flüssigwasserstofflagerung signifikant sind. Alternativ zum molekularen Wasserstoff bietet sich als Speicheroption chemisch in Methanol gebundener Wasserstoff an. Vor allem in Kombination mit Kohlenstoffdioxid können sich hier nachhaltige Synthesepfade ergeben. Methanol verfügt über entscheidende Vorteile: eine einfache Lagerung, eine relativ hohe Energiedichte und eine universelle Einsetzbarkeit. Im Rahmen des Projekts WaStraK NRW – Einsatz der Wasserstofftechnologie in der Abwasserbeseitigung wurde daher eine Pilotanlage zur Methanolsynthese aufgebaut.
Das Ziel von WaStraK NRW war die Realisierung und der Aufbau einer halbtechnischen Pilotanlage, mit der im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen gezeigt werden sollte, wie Biogas in Syntheseprozesse eingebunden werden kann.
Beschreibung der Pilotanlage
Das vorgereinigte Biogas (Feed Gas) wird in einem Reformer mit Wasserdampf zu Synthesegas (Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid) umgewandelt. Dieses Synthesegas wird im Reaktor für die katalytische Synthese des Methanols verwendet. Ein Teilstrom des Feed Gas wird mit Raumluft verbrannt (Brenngas) und liefert dadurch die für die Reformierungsreaktion erforderliche Wärme.
Die Anlage ist für einen Betrieb bei relativ niedrigeren Drücken von 20 und 22 bar ausgelegt, was deutlich unterhalb des industriellen Maßstabs von 50 bis 100 bar liegt. Diese Druckreduzierung vereinfacht aber die Bedienung sowie die Umsetzbarkeit dieses Prozesses, beispielsweise an Biogasstandorten.
Besonderheiten des Verfahrens sind die hocheffiziente interne Wärmeübertragung sowie das Stoffstromrecycling zur Maximierung der Produktausbeute. Geregelt wird die Versuchstechnik über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die eine variable Versuchsdurchführung gewährleistet.
Versuchsdurchführung
Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass die technische Umsetzung einer Methanolsynthese inklusive der Rückführung der nicht verbrannten Gasbestandteile realisiert werden konnte. Insbesondere durch die Kombination der Heiz- und Kühlprozesse konnten die vorhandenen Energiepotentiale der Edukte, Produkte und Nebenprodukte ausgeschöpft werden.
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Autoren: Alejandra Lenis, Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) e.V.
Dr. Kristoffer Ooms, Dr. Henry Riße, Christoph Wöllgens, M.Sc.