Methanisierung in Wabenreaktoren

Im Rahmen der Energiewende werden fossile Energieträger wie Erdgas kontinuierlich durch erneuerbare Energien ersetzt. Um die hierfür benötigten Solar- und Windkraftwerke optimal nutzen zu können, kann die fluktuierend erzeugte Energie für die Synthese von Methan, der Hauptkomponente von Erdgas, genutzt werden. Die benötigten Edukte werden dabei direkt durch Elektrolyse (H2) oder durch Abscheidung von CO2 aus Rauchgasen bereitgestellt. Der Vorteil von der Nutzung von synthetischem Erdgas (SNG) liegt insbesondere in der bereits heute sehr gut ausgebauten Infrastruktur, die ein hohes Speicherpotential sowie eine sofortige Anwendbarkeit ermöglicht.

Da die Synthese von Methan, auch Methanisierung genannt, eine stark exotherme Reaktion ist, werden am EBI ceb Reaktorkonzepte erforscht, in welchen die entstehende Reaktionswärme effizient abgeführt wird. Eine Variante ist die Wabenmethanisierung. Der für die Reaktion benötigte Katalysator wird hierbei dünn auf eine metallische Trägerstruktur aufgetragen. Werden die Edukte bei Durchströmung des Wabenreaktors am Katalysator umgesetzt, wird die freiwerdende Reaktionswärme unmittelbar an die gut wärmeleitende Struktur abgegeben und anschließend an die gekühlte Reaktorwand abgeführt. Der damit im Vergleich zu einem klassischem Festbett verbesserte Wärmetransport ermöglicht größere Reaktordurchmesser und eine gesteigerte Raumeffizienz.

Im Fokus der laufenden Arbeiten steht die Weiterentwicklung der katalytischen Waben-Methanisierung, sowie der Aufbau eines Simulationssetups auf Basis der Laborergebnisse. Hierfür kommt ein faseroptisches Temperaturmesssystem zum Einsatz, welches detaillierte Aussagen zum axialen und radialen Temperaturprofil innerhalb der Wabenstruktur ausgeben kann. Durch die Kopplung der Ergebnisse aus Messungen mit und ohne Reaktion, sowie eine tiefergehende Betrachtung des Katalysators soll eine präzise Auslegung für beliebige Reaktorgrößen und Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht werden.

Arbeitsschwerpunkte:

• Bestimmung und Modellierung der radialen und axialen konduktiven Wärmetransportvorgänge
• Untersuchung der Reaktivität des auf den Wabenkörpern aufgetragenen Katalysator-Coatings
• Kopplung der Ergebnisse in einem Modell zur Bestimmung der Temperaturverteilung in katalytisch beschichteten metallischen Wabenkörpern