Reaktorkonzept für sorptionsgestützte Fischer-Tropsch-Synthese

Mit der Änderung des Klimaschutzgesetzes von 2021 setzt sich Deutschland das Ziel, bis 2045 treibhausgasneutral zu werden. Durch die Verbrennung von erdölstämmigen Rohstoffen wird ein Großteil der Treibhausgasemissionen im Energie- und Transportsektor freigesetzt. Der Wandel im Transportsektor tendiert derzeit zu Elektro- und Wasserstoffmobilität. Jedoch wird der Flug- und Langstreckenverkehr aufgrund der hohen benötigten Energiedichte weiterhin auf flüssige Kraft- und Treibstoffe angewiesen sein.

Eine Möglichkeit zur Herstellung CO₂-neutraler flüssiger Energieträger bietet der Power-to-Liquid-Prozess (PtL). Ausgehend von erneuerbarem Strom und durch Verwendung der Fischer-Tropsch-Synthese (FT-Synthese) kann ein breites Spektrum flüssiger Energieträger hergestellt werden. Bei der FT-Synthese wird Synthesegas (Syngas), eine Mischung aus Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂), zu Kohlenwasserstoffen (KWs) und Wasser umgesetzt. Bei Verwendung eines herkömmlichen FT-Katalysators sorgt das entstehende Wasser für eine schnellere Deaktivierung und somit zu einer kürzeren Lebenszeit des Katalysators. Zudem setzt sich Wasser an die aktiven Stellen des Katalysators ab und inhibiert dadurch die Reaktion.  

Aus diesen Gründen wurde ein neues Reaktorkonzept für die FT-Synthese mit in-situ Wasseradsorption und zusätzlicher -desorption entwickelt (siehe Abb.). Da dieses Reaktorkonzept neuartig ist, wird zunächst ein Kaltmodell aufgebaut, um die Hydrodynamik in und zwischen den Blasensäulen zu untersuchen. Entscheidend sind dabei die Katalysator-Umlaufraten in Abhängigkeit von verschiedenen Reaktordesign-Parametern.

Zur Bestimmung der Ad- und Desorptionskinetik wird ein Rührkesselreaktor einer bereits bestehenden Anlage verwendet.