Die Empa nahm eine neuartige Methanisierungsanlage in Betrieb, mit der synthetisches Material produziert werden kann. Dieser erneuerbare Energieträger ersetzt fossiles Erdgas.
Das produzierte Methan steigert die Lastflexibilität des Verfahrens, was ein wichtiger Vorteil für die Nutzung schwankender erneuerbarer Stromquellen bedeutet. Die innovative Demonstrationsanlage des Forschungsprojekts «move-MEGA» zeigt, wie erneuerbarer Solarstrom in direkter Kopplung mit der Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und anschliessend mit CO₂ aus der Umgebungsluft zu synthetischem Methan verarbeitet werden kann – bereit für die Einspeisung ins Gasnetz. Die direkte Kopplung dieser Prozesse an einem Standort ist in dieser Form einzigartig.
Neuer Ansatz mit Fokus auf Lastflexibilität und Effizienz
Das Herzstück der neuen Anlage bildet die sorptionsverstärkte Methanisierung, bei der Zeolith-Pellets mit definierter Porengrösse als Katalysatorträger fungieren. Diese adsorbieren das bei der Methanisierungsreaktion als Nebenprodukt entstehende Wasser, wodurch das chemische Gleichgewicht zugunsten der Methanentstehung verschoben wird. Dadurch kann der Prozess bei niedrigeren Drücken und Temperaturen betrieben werden und das gebildete Methan kann ohne aufwendige Nachreinigung direkt genutzt oder ins Gasnetz eingespeist werden.
Für einen kontinuierlichen Betrieb sind mindestens zwei Reaktoren erforderlich, die abwechselnd Methan erzeugen und regeneriert beziehungsweise getrocknet werden. Für diese Trocknung ist ein ausgefeiltes Wärmemanagement entscheidend, bei dem Abwärme aus der Methanisierung entweder gezielt aus dem Reaktor abgeführt oder im Katalysatorbett gespeichert werden kann. Nach fünfjähriger Grundlagenforschung gelang es, einen funktionsfähigen Demonstrator zu entwickeln. «Dank der sorptionsverstärkten Methanisierung und dem Wärmemanagement erreichen wir hohe Umsätze und eine deutlich höhere Lastflexibilität als mit konventionellen Verfahren. Das macht die Technologie besonders attraktiv für die direkte Kopplung mit Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.», erläutert move-MEGA-Projektleiter Florian Kiefer.
Neue Wege im Klimaschutz
Das für die Methanisierungsreaktion erforderliche CO₂ wird direkt der Umgebungsluft entnommen. Dadurch schafft der „Power-to-Gas“-Prozess die Voraussetzung für negative CO₂-Emissionen. Das erzeugte Methan kann in einem nachgelagerten Schritt durch Methan-Pyrolyse in festen Kohlenstoff und Wasserstoff aufgespalten werden. Der feste Kohlenstoff dient als langfristig CO₂-Senke und kann in Baustoffen wie Beton oder Asphalt zum Einsatz kommen. Der gewonnene Wasserstoff eignet sich als Energieträger etwa für industrielle Hochtemperaturanwendungen, die bislang auf fossile Energieträger angewiesen sind und sich nur schwer elektrifizieren lassen. Ein entsprechendes Demonstratorprojekt läuft zurzeit in Zusammenarbeit mit dem Verein zur Dekarbonisierung der Industrie (VzDI) in Zug.
Dazu erklärt Christian Bach, Initiant des move-MEGA-Projekts und Leiter der Abteilung Chemische Energieträger und Fahrzeugsysteme an der Empa abschliessend: «Die Methanisierung in Verbindung mit der Methan-Pyrolyse eröffnet einen Weg, mit dem die Versorgung mit erneuerbarer Energie und die dauerhafte Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre kombiniert werden kann. Damit werden negative CO₂-Emissionen möglich».
