Dynamische Power-to-X-Prozesse am Beispiel von Methanol

Vor dem Hintergrund steigender Fluktuationen im Stromnetz aufgrund des zunehmenden Ausbaus erneuerbarer Energien werden sogenannte Power-to-X (PtX)-Prozesse als großmaßstäbliche Speicher zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Die Technologie basiert auf der chemischen Umwandlung von elektrischem Strom in Wasserstoff mittels Elektrolyse und der anschließenden Synthese eines Energieträgers mit guten Speichereigenschaften.

Im Falle des Power-to-Methanol (PtM)-Prozesses wird elektrolytisch erzeugter Wasserstoff mit kohlenoxidhaltigen Gasströmen aus Industrie, Biomasseverarbeitung oder Luftabscheidung zu Methanol chemisch umgewandelt. Methanol ist heute mit einer weltweiten Jahresproduktion von etwa 90 Mt eine der bedeutendsten Plattformchemikalien. Die Herstellung erfolgt heute noch auf Basis von Kohle, Erdgas und Erdöl. Zur Transformation der Methanol-Herstellung zum PtM-Prozess bestehen auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft noch einige Herausforderungen. Diese resultieren aus dem erhöhten CO2-Anteil im Synthesegas, Fluktuationen in Zusammensetzung und/oder Menge sowie aus geänderten ökonomischen Rahmenbedingungen. In diesem Kontext ist ein umfangreiches Verständnis der im Reaktor ablaufenden reaktionstechnischen Vorgänge notwendig. Hierfür wird am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE eine Miniplantanlage betrieben, die das Verhalten einer großtechnischen Anlage im verkleinerten Maßstab widerspiegelt. Die Analyse des Temperaturprofils im Reaktor sowie der Produktzusammensetzung liefern dynamische Validierungsdaten, welche zur Anpassung des Reaktormodells genutzt werden.

Arbeitsschwerpunkte

• Stationäre und dynamische Reaktor- und Prozesssimulation
• Experimentelle Validierung der Submodelle für Reaktionskinetik, Wärmeübergang und Diffusion
• Diskussion der Auswirkungen der angepassten Modelle auf Reaktor- und Prozessebene

Weiterführende Links

• Fraunhofer ISE – Power-to-Liquids
• DBU-Promotionsstipendium