Der angestrebte Ausbau von erneuerbarer Energieerzeugung bringt eine starke zeitliche und räumliche Fluktuation der zur Verfügung stehenden Strommenge mit sich. Daher müssen Möglichkeiten zur Speicherung des Überschussstromes gefunden werden. Durch Elektrolyse kann Wasserstoff mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt werden, der dann durch die heterogen-gaskatalytische Methanisierungsreaktion gemeinsam mit aus Industriequellen abgeschiedenem Kohlendioxid zu Methan umgesetzt werden. Als CO2-Quellen kommen dabei vorrangig erschließbare CO2-Punktquellen in Frage, z.B. aus Biogas- Biomasse- oder Industrieanlagen (Zementwerk, Stahlindustrie, Kraftwerke...). Die Herstellung von synthetischem Erdgas ist daher einerseits ein Weg zur wertschöpfenden CO2-Nutzung und gleichzeitig eine Möglichkeit zur chemischen Energiespeicherung. Der bekannte Methanisierungsprozess muss auf die spezifischen Anforderungen im Kontext der Speicherung von Überschussstrom angepasst werden: insbesondere sind der Wirkungsgrad durch verbesserte und effiziente Katalysatoren und Prozesse zu erhöhen sowie dezentrale, aber auch zentrale Aufstellungsvarianten auszuarbeiten, eine Modularisierung der benötigen Anlagen voranzutreiben und die Verfahrenskette technisch sowie wirtschaftlich optimal auszugestalten. Die Zielsetzung des Forschungsprojektes ist es, einen auf die speziellen Randbedingungen der EE-Methanerzeugung abgestimmten katalytischen Prozess in theoretischen und experimentellen Untersuchungen zu entwickeln, der als zentrale Innovation den Katalysator in Wabenform in einem Hordenreaktorsystem verwendet. Aufbauend auf Simulationen zu chemischer Reaktionstechnik und Strömungsverhalten, sowie auf dem Screening katalytisch aktiver Substanzen im Labor sollen neuartige Wabenkatalysatoren entwickelt und speziell an die CO2-Quelle aus Industrieabgasen angepasst werden, um die Alterungs- und Vergiftungsprobleme der Katalysatoren zu minimieren und deren Standzeit zu erhöhen. Im Zuge des Projektes wird eine Laboranlage mit Gasdurchsätzen im Bereich weniger kg/h errichtet werden. Diese Anlage umfasst bis zu drei in Serie geschaltete Reaktoren zur Untersuchung der Wabenprototypen. Nach Abschluss von Versuchen mit synthetischen Gasmischungen werden reale Gasproben herangezogen und die Katalysatoren eingehend auf Alterungs- und Vergiftungserscheinungen untersucht. Die Ergebnisse fließen in die Herstellung der nächsten Prototypen ein. Die Aufbereitung des Gasgemisches aus dem Methanisierungsreaktor durch Membranverfahren wird theoretisch und experimentell untersucht. Begleitend werden ökologische und ökonomische Bewertungen dieses Verfahrens angestellt, um Wirtschaftlichkeit und Gesamt-CO2-Bilanz sicherzustellen. Das Projekt zielt auf den Bau einer Demonstrationsanlage nach Abschluss des RSA ab. Daher wird abschließend ein Basic Engineering für eine Demonstrationsanlage angefertigt und die Übertragung vom Labormaßstab zum Prototypen geschaffen.
