Speicherung fluktuierender elektrischer Energie (Wind/Solar) als gasförmige Kohlenwasserstoffe im Erdgasnetz

Die erneuerbaren Energien (Wind/Solar) bieten eine fluktuierende elektrische Energie, deren Zeitverlauf nicht immer mit dem Bedarf übereinstimmt. Die Erdgasinfrastruktur bietet die Möglichkeit, die Überschuss-Energie in Form eines chemischen Energieträgers mit hoher Speicherdichte und -kapazität im Erdgasnetz zu speichern. Die Umwandlung erfolgt über einen ersten Schritt, in dem per Elektrolyse Wasserstoff erzeugt wird, und einem zweiten Schritt, in dem aus Wasserstoff und einem Kohlenstoff-Träger gasförmige Kohlenwasserstoffe erzeugt werden (substitute natural gas SNG). In einem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt mit mehreren Partnern werden einzelne Schritte des Umwandlungsprozesses sowie die Integration in die Netze (Elektrizität und Erdgas) untersucht. Am EBI (Arbeitsgruppe Prof. Schaub) wird speziell die Synthese von Gaskomponenten zur Brennwertanpassung (C2-C4) sowie die Möglichkeit dynamischer Betriebszustände von Synthesereaktoren untersucht.

Synthese von Kohlenwasserstoffen über die Fischer-Tropsch Synthese mit CO₂

Kohlenwasserstoffgase im Bereich C2-C4 (Ethan, Propan, Butan) können verwendet werden, wenn der Brennwert eines einzuspeisenden Ersatzgases auf den im Erdgasnetz geforderten Wert erhöht werden muss. Mit CO2 als Kohlenstoff-Träger sind die CO2-Konvertierung und die nachfolgende Fischer-Tropsch Synthesereaktion ein möglicher Weg, um die gewünschten Kohlenwasserstoffe zu erzeugen.
Die Arbeit umfasst eine Kombination von Experimenten und rechnerischen Arbeiten: Syntheseversuche mit verschiedenen Katalysatoren und variablen Reaktionsbedingungen (Temperatur, Verweilzeit, Synthesegas-Zusammensetzung, ...) werden durchgeführt. Die reaktionskinetische Auswertung und Verallgemeinerung basiert auf mathematischen Modellen des Reaktors.

Dynamische Modellierung der SNG-Erzeugung aus CO₂ und H₂ (Fischer-Tropsch und Methanisierung)

Synthesereaktoren zur Fischer-Tropsch Synthese und Methanisierung werden im Hinblick auf ihr dynamisches Verhalten charakterisiert. Diese Arbeit basiert auf einem mathematischen Modell des Festbettreaktors (als einfachster Fall) sowie auf Daten aus der Literatur.