Erfolgreiche Demonstration der Herstellung von Methanol

Dem Konsortium bestehend aus BSE und dem Institut für Regenerative EnergieSysteme der Hochschule Stralsund (IRES) gelang es erstmals, Windstrom in erneuerbares, regeneratives Methanol umzuwandeln. Im Rahmen eines Langzeittests über einen Zeitraum von einem Jahr soll die Einsatzfähigkeit des Verfahrens auch unter fluktuierenden Bedingungen bestätigt werden.

Im Zuge der Energiewende steigt der Anteil erneuerbarer Energiequellen kontinuierlich am Bruttostromverbrauch und beträgt aktuell in Deutschland 42 %. Um die Nutzung fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle effektiv zu verringern, müssen regenerative Energien ebenfalls für Wärme und Verkehr zum Einsatz kommen. Hier beträgt der Anteil lediglich 15 bzw. 6 %. Diese sogenannte Sektorenkopplung ist nun BSE und IRES gelungen.

Anteil erneuerbarer Energiequellen am Bruttostromverbrauch und am Endenergieverbrauch in den Bereichen Wärme und Verkehr (Quelle: Umweltbundesamt auf Basis AGEE-Stat., Stand 02/2020); © BSE

Das Team nutzt grünen Strom in einer Elektrolysestufe zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff wird anschließend mit einer geeigneten Kohlendioxidquelle zu dem Wertprodukt Methanol in einem eigens entwickelten Verfahren (sog. FlexMethanol) umgesetzt. Methanol stellt zum einen eine zentrale Grundchemikalie dar und ist zum anderen als Kraftstoff einsetzbar. Dabei ist eine direkte Verbrennung in Motoren möglich, aber auch die chemische Weitererarbeitung zu Kraftstoffersatzstoffen bzw. Zusatzstoffen wie MTBE, DME und Biodiesel. Christian Schweitzer, Geschäftsführer BSE, erläutert: „In Zukunft wird das Brennstoffzellen-taugliche Methanol bzw. das aufkonzentrierte Produkt industriell als e-fuel vertrieben. Das Besondere an unseren FlexMethanol-Anlagen ist die an das Stromangebot angepasste Betriebsweise angefangen von der CO₂-Abscheidung, alkalische Elektrolyse bis hin zur Destillation.“

Der dynamische Prozessbetrieb ist dabei von zentraler Wichtigkeit bei der Umsetzung von grünem Strom aus volatilen Energiequellen, da somit flexibel auf die schwankende Energiebereitstellung reagiert werden kann. Zusätzlich müssen bei einem Überangebot an Strom die PV- und Windkraftanlagen nicht abgeregelt werden, sondern können für die chemische Nutzung des Stroms weiter betrieben werden. Prof. Dr. Johannes Gulden, Leiter des Direktoriums des IRES: „Aus dem im Jahr 2016 in Mecklenburg-Vorpommern abgeregelten Windstrom hätten sich so bis zu 34.800 t Reinmethanol erzeugen lassen.“

Die Anlage in Stralsund nutzt einen Rohrbündelreaktor für die chemische Umwandlung bei 240°C und 40 bar sowie eine Kreisgasführung des nicht umgesetzten Synthesegases. Dadurch wird eine maximale Kapazität von 28 Liter Rohmethanol pro Tag erzielt. Im Ergebnis wurden die ersten Proben des strombasierten Methanols synthetisiert. Neben der kontinuierlichen Evaluierung relevanter Betriebsparameter wie Temperatur, Druck und Wasserstoff- bzw. Kohlendioxidstrom wird ebenfalls die Menge und Zusammensetzung der Gasphase sowie des gebildeten Methanols systematisch untersucht. Die ersten Analysen belegen, dass das gebildete Rohmethanol nahezu keine Verunreinigungen aufweist. Nach Destillation ist das Erreichen der Spezifikationen des internationalen IMPCA-Standards somit sichergestellt.

In den bevorstehenden Untersuchungen werden die verschiedenen fluktuierenden Betriebsführungskonzepte bestätigt und optimiert. „Somit können die Erfahrungen der Tests gleich in den ersten Anlagen implementiert und damit die Wirtschaftlichkeit weiter gesteigert werden.“, so Schweitzer. Die Projektierung dieser Anlagen ist unterdessen in vollem Gange. Bei positivem Verlauf kann mit einer Realisierung bereits in diesem Jahr gerechnet werden. Rechtzeitig zur Inbetriebnahme liegen auch die Endergebnisse des Projekts mit IRES vor.

Die Firmen Aker Solutions und Sulzer Chemtech kooperieren mit BSE in dem vorgelagerten Prozessschritt der CO₂-Abscheidung bzw. der nachgelagerten Aufreinigung zum internationalen Methanolstandard (IMPCA) mit einer Reinheit von 99,85 Vol.-%.