Synthesegas ist ein wichtiger Rohstoff, um chemische Grundstoffe wie etwa Methanol zu erzeugen, das wiederum zur Herstellung von Farben oder Lacken benötigt wird. Zur Herstellung von Synthesegas – ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) – werden vorwiegend fossile Rohstoffe wie Kohle und Öl unter geringer Sauerstoffzufuhr und hohen Temperaturen vergast. Im Projekt SYNELGAS wollen Forschende der Technischen Hochschule (TH) Köln gemeinsam mit Industriepartnern nun ein Verfahren entwickeln, das biogene Roh- und Reststoffe nutzt, um grüne Synthesegase zu erzeugen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über viereinhalb Jahre mit rund 1,4 Mio. Euro gefördert.

Synthesegaserzeugung aus biogenen Roh- und Reststoffe

Die Nutzung landwirtschaftliche Reststoffe für die Synthesegasproduktion bringt einige Herausforderungen mit sich. Den Forschenden zufolge ist die Zusammensetzung der biogenen Ausgangsstoffe wie Ernterückstände deutlich heterogener als bei traditionellen Rohstoffen wie Öl, was die Produktion gleichbleibend hochwertiger Gase erschwert. Andererseits muss bei der herkömmlichen Vergasung der über die Umgebungsluft zugeführte Stickstoff aufwendig aus dem erzeugten Synthesegas entfernt werden. 

Synergien der Elektrolyse nutzen

Daher wollen die Forschenden Elektrolyse und Vergasung koppeln. „Wir setzen auf Synergien mit der Elektrolyse“, sagt Peter Stenzel von der TH Köln und erklärt: „Dabei wird Wasser in Wasserstoff und reinen Sauerstoff aufgespalten. Den Sauerstoff, der bei den meisten Anwendungen als Abfallprodukt in die Atmosphäre entlassen wird, nutzen wir als idealen Eingangsstoff für die Vergasung und stellen so reinere Gase her.“ Auch das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoffdioxid im Synthesegas kann den Forschenden zufolge durch die Beimischung von Elektrolyse-Wasserstoff flexibel eingestellt werden, was die Bandbreite der Gase, die zur Herstellung chemischer Grundstoffe und Energieträger geeignet sind, erweitert.

Der Schwerpunkt des Projektes liegt jedoch auf dem Umgang mit den biogenen Rest- und Rohstoffen sowie auf der experimentellen Erforschung der nachhaltigen Gasproduktion. „Wenn wir mit Ernterückständen oder Bambus als Ausgangsmaterial arbeiten, stellt dies völlig andere Anforderungen an das Verfahren als bei den erprobten fossilen Brennstoffen. Uns stehen sehr viele Stellschrauben und Spezifikationen in der eigentlichen Produktion und den nachgeschalteten Prozessen zur Verfügung, um ein ideales Verhältnis der Gaskomponenten zu erreichen“, sagt Christian Malek von der TH Köln.

Entwicklung eines Wassergas-Shift-Reaktors

Neben der Regulierung wichtiger Prozessparameter wie Temperatur oder Sauerstoffkonzentration wird das Gas mehrfach gereinigt und den Forschenden zufolge dann „durch einen im Projekt zu entwickelnden Wassergas-Shift-Reaktor geleitet, in dem zusätzlicher Wasserdampf über eine chemische Reaktion die Wasserstoffkonzentration im Synthesegas erhöht“. Daraus ergibt sich eine weitere Synergie der beiden Teilprozesse, schreiben die Forschenden, weil der in der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff dem Prozess selbst zugeführt werden kann.

Grüne Kraftwerke für Unternehmen

Im Laufe des Projektes will das Team beweisen, dass mit diesem Verfahren qualitativ hochwertiges, grünes Synthesegas hergestellt werden kann und dass dies auch wirtschaftlich und nachhaltig ist. Dafür wird das Verfahren zunächst im Labormaßstab aufgebaut und später auf einen halbtechnischen Industriestandard skaliert und erprobt. „Unser Ziel ist das Konzept für ein integriertes Gesamtsystem, das interessierte Unternehmen später von unseren Industriepartnern von der Stange kaufen können. Denkbar ist etwa, dass Unternehmen damit grüne Kraftstoffe für ihren Fuhrpark herstellen“, sagt Stenzel.

bb