Jedes Jahr erzeugt die chemische Industrie rund 100 Millionen Tonnen Methanol. Die Herstellung dieser wichtigen Basischemikalie basiert jedoch auf fossilen Rohstoffen und verursacht hohe CO₂-Emissionen. Dabei wäre das genaue Gegenteil denkbar: Methanol lässt sich auch aus grünem Wasserstoff und Kohlendioxid erzeugen. Doch Prozessanforderungen, um grünes Methanol im industriellen Maßstab zu produzieren, sind bislang wenig erforscht. Das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt „Power-to-Methanol – Grünes Methanol“ will das ändern. Ein wichtiger Meilenstein hierfür ist eine Miniaturanlage zur Methanolsynthese, die randvoll mit Messtechnik ist.

Ungewöhnlich dynamischer Prozess

„Die Methanolsynthese im Rahmen sogenannter Power-to-Liquid-Verfahren bietet das Potenzial, CO₂ beispielsweise aus Biomasse zu binden und im Kreislauf zu führen“, erläutert Achim Schaadt vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Doch die Herausforderungen sind groß: Ein hoher CO₂-Anteil im Synthesegas, das als Rohstoff dient, lässt die Katalysatoren schneller altern und verringert die Ausbeute – das Verfahren verliert an Wirtschaftlichkeit. Außerdem wird grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt, sodass dessen Verfügbarkeit schwanken könnte, ebenso wie die vorhandene CO₂-Konzentration aus Biomasse. „Eine solche Dynamik ist bei heutigen Prozessen schlicht nicht vorgesehen“, erklärt Florian Nestler vom Fraunhofer ISE.

Versuchsanlage mit modernster Messtechnik

Die Miniatursyntheseanlage bildet deshalb maßstabgetreu eine industrielle Syntheseanlage ab. Durch ein paar Tricks besitzt sie ein vergleichbares thermisches und reaktionskinetisches Verhalten. Eine sehr genaue Messtechnik – unter anderem mit Infrarotspektroskopie und einer neuartigen faseroptischen Methode – erfasst, wie sich die Anlage im dynamischen Betrieb mit unkonventionellen Gaszusammensetzungen verhält. Parallel dazu haben die Forscher eine Simulationsplattform entwickelt, mit der sie die Parameter unter derartigen Prozessbedingungen berechnen können.

Wissenschaftliche und wirtschaftliche Machbarkeit

„Ziel des Projekts ist eine wissenschaftliche und wirtschaftliche Betrachtung der Machbarkeit einer Methanolsynthese aus erneuerbaren Energien und biogenem CO₂ aus einer Bioraffinerie zur Herstellung von erneuerbarem Ethanol“, resümiert Projektleiter Max Hadrich vom Fraunhofer ISE. Weitere Forschungspartner im Projekt sind das Fraunhofer UMSICHT, die TU Bergakademie Freiberg sowie die Unternehmen CropEnergies, Clariant und Thyssenkrupp Industrial Solutions. Die Projektkoordination liegt beim DECHEMA e.V. Die gemeinsame Hoffnung: Gelingt es, eine stabile Prozesssteuerung zu entwickeln, könnte künftig grünes Methanol als Energiespeicher, Kraftstoff oder Basischemikalie genutzt werden und das Klima entlasten.

bl