OptiFlexMethan

Laufzeit: 01.06.2024-30.11.2025
Fördermittelgeber: BMBF „DATI Sprint“ Förderkennzeichen: 03DPS1006

Ausgangssituation:

Die Energie- und Ressourcenwende erfordert neue Ansätze zur Erzeugung von Chemikalien, Strom und Wärme. Traditionelle Methoden stoßen an ihre Grenzen, weshalb innovative Lösungen nötig sind, um langfristig CO₂-neutral zu wirtschaften. Der steigende Bedarf an nachhaltiger Energie erfordert effiziente Speicher- und Nutzungsmöglichkeiten für überschüssigen erneuerbaren Strom. Zudem muss auch nach dem Erreichen der CO₂-Neutralität zusätzlich CO₂ aus der Atmosphäre entfernt und gebunden werden, um die globale Erdtemperatur langfristig wieder zu senken. Sowohl zur Energiespeicherung, als auch zur stofflichen industriellen Nutzung von CO₂ als Ressource kann die biologische Methanisierung eingesetzt werden, in der CO₂ und Wasserstoff zu Methan umgewandelt werden. Bereits heute ist Methan nicht nur ein Energieträger, sondern auch Ausgangsstoff in der Petrochemie.

Das Projekt:

Bei der biologischen Methanisierung werden Mikroorganismen, so genannte Archaeen, eingesetzt. Diese ernähren sich unter Luftausschluss von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid und erzeugen bei verhältnismäßig geringen Temperaturen (40-120°C) Methan. Wird der Wasserstoff mit einem Elektrolyseur erzeugt, so kann der Prozess genutzt werden, um Stromnetze durch flexiblen Betrieb zu entlasten: Bei Überschussangebot wird Strom im Elektrolyseur verbraucht und im Rohrreaktor in Methan umgewandelt. Das Methan kann nicht nur zur Strom- oder Wärmegeneration, sondern auch stofflich in chemischen Prozessen genutzt werden.

Seit 2019 forschen Wissenschaftler der FH Aachen an der Entwicklung eines Rohrreaktors, der flexibel betrieben werden kann. Der 22-Liter-Rohrreaktor erreichte eine Methanproduktionsrate von 2,5 Litern pro Liter Reaktorvolumen und Tag sowie eine Methankonzentration von 94 %. Damit der Prozess industriell umgesetzt werden kann, bedarf es weiterer Optimierung und eines langfristigen Nachweises des stabilen flexiblen Betriebs auch bei schwankender Wasserstoffzufuhr.

Ziele:

Im Projekt wird das Rohrreaktorsystem aus dem Vorgängerprojekt SmartBioFlex, weiter optimiert und die Flexibilisierung langfristig getestet. Hauptziel ist die Steigerung der Methanproduktionsrate, die durch eine Automatisierung des und eine Verbesserung des Stoffübergangs von Wasserstoff aus der Gas- in die Flüssigphase erreicht werden soll.

Weiter werden verschiedene flexible Betriebsweisen gefahren, um die Belastbarkeit des Systems zu testen. Zum einen werden so die Anfahrzeiten ermittelt, aber auch die Rahmenbedingungen für einen langfristigen Betrieb definiert. 

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Projektes soll der Scale-up erfolgen und das Prinzip im Pilotmaßstab, beispielsweise an einer Biogasanlage, getestet werden.