Bahnbrechende Technologie wertet die Methanspaltung auf
Europa muss Wege finden, den Energiesektor rasch zu dekarbonisieren, um die Ziele des Grünen Deals zu erreichen. Bei der Methanspaltung bzw. Methanzersetzung werden Methanmoleküle in festen Kohlenstoff und Wasserstoff zerlegt. Dieser Prozess birgt allerdings mehrere Herausforderungen, die die Marktakzeptanz behindern. Ein interdisziplinäres Team aus Universitäten, Forschung und Industrie hat die katalytische Methanspaltung erheblich vorangebracht, wodurch sie eine praktikablere Technologie zur Dekarbonisierung wurde.
Katalytische Reaktionen bei niedriger Temperatur
Das EU-finanzierte Projekt 112CO2 begann mit einer umfassenden Studie zum besseren Verständnis des chemischen und physikalischen Prozesses der Pyrolyse. Die Aneignung dieses bedeutenden Wissens war für das Hauptziel von 112CO2 unerlässlich. Projektkoordinator Adélio Mendes bemerkt: „Das Ziel bestand immer darin, die Grundlagen für eine bahnbrechende, kostengünstige Technologie zu schaffen, um den Energiesektor rasch zu dekarbonisieren.“ Die Temperatur ist ein wesentlicher Faktor für den katalytischen Prozess. Andere Konsortien erforschen die Möglichkeit, hohe Temperaturen (über 900 ºC) einzusetzen, aber diese Option ist energieintensiv und kann, je nach Technologie, ebenso gefährlich sein. 112CO2 wollte eine Lösung bei niedrigeren Temperaturen (500-650 ºC) finden. Diese Möglichkeit bestand in der Verwendung von reinem Methan, wurde aber bei der Verwendung von Erdgas oder Biomethan als nicht optimal erachtet, da diese Technologie zu einer Anreicherung von Schadstoffen im Reaktor führte. Projektintern wurde festgestellt, dass der Betrieb bei einer mittleren Temperatur (750-850 °C) zu einem stabileren Reaktor mit einer höheren Leistungsdichte führt.
Kohlenstoffablagerungen angehen
Sowohl bei Nieder- als auch bei Mitteltemperaturreaktionen führte die katalytische Methanspaltung zur Ansammlung von festem Kohlenstoff auf den Katalysatoren. 112CO2 hat sich dieser Herausforderung gestellt, indem das Team in regelmäßigen Abständen Wasserstoff zurückführt und die chemische Reaktion umkehrt. So fielen die Kohlenstoffablagerungen ab und bei niedrigen Temperaturen konnte auch der Katalysator regeneriert werden. Die Entwicklung eines sehr aktiven und stabilen Katalysators und die Vermeidung von Kohlenstoffablagerungen waren bedeutsame Fortschritte. „Die wichtigsten Ergebnisse des Projekts 112CO2 sind die erstmalige Entwicklung eines wirklich stabilen Katalysators auf Nickelbasis und das Regenerationsverfahren, mit dem die gebildeten Kohlenstoffpartikel zyklisch herausgeschält und der Katalysator regeneriert werden kann“, bemerkt Mendes.
Die Zukunft aufgewerteter Nebenerzeugnisse
Die Herstellung von sauberem Wasserstoff als Kraftstoff ist für die Dekarbonisierung des Energiesektors unerlässlich. Neben der Verwendung von Biomethan zur Herstellung kostengünstiger Kraftstoffe wie grünes Methanol (enthält Wasserstoff und einen Zwischenstoff) kann die Technologie auch eine grüne Zukunft unterstützen, indem sie CO2 aus der Atmosphäre entfernt. Außerdem haben die hochwertigen erneuerbaren graphitischen Werkstoffe, die aus dem Verfahren hervorgehen, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, z. B. als Elektroden für elektrochemische Geräte. Das 112CO2-Konsortium hat viele Herausforderungen gemeistert, um einen einfach zu bedienenden und kostengünstigen Reaktor für die Methanspaltung zu konzipieren, der voraussichtlich mehr als 10 000 Stunden ohne Abschaltung laufen wird. Bis die Technologie einsatzbereit ist, müssen allerdings noch einige Herausforderungen bewältigt werden. Wie lässt sich Wasserstoff zum Beispiel am besten reinigen und wie lassen sich Verunreinigungen aus dem Reaktor entfernen? Wie lassen sich die Bedingungen und die Kosten im Hinblick auf die Struktur des Katalysators, seine Temperatur und seinen Druck bestmöglich optimieren? Die Projektpartner freuen sich darauf, diese Fragen in der nächsten Forschungsphase zu klären. Sie haben Mittel für ein EIC-Transition-Projekt namens ZeroCarb erhalten, das im April 2025 beginnt. Auf dem Weg zu einem CO2-freien Europa sagt Mendes: „Das Forschungsteam geht davon aus, dass der erste wirklich industrielle Demonstrator bis 2028 fertiggestellt sein wird.“ Hier erfahren Sie mehr über das Projekt 112CO2.
Schlüsselbegriffe
112CO2, bahnbrechende Technologie, Methanzersetzung, Methanspaltung, CO2-frei, katalytische Reaktionen, Kohlenstoffabspaltung, Katalysator auf Nickelbasis, Wasserstoff, graphitischer Kohlenstoff
