Empa startet Pilotanlage für neuartiges Power-to-Gas-Verfahren

Am Schweizer Forschungsinstitut Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) ist mit der Inbetriebnahme einer Methanisierungsanlage der erfolgreiche Abschluss des Projekts „move-MEGA“ gelungen. Erstmals, teilt die Empa mit, werde nun im Pilotmaßstab die sorptionsverstärkte Methanisierung demonstriert. Diese an der Empa entwickelte Technologie könne die Erzeugung von Gas mithilfe von Strom (Power to Gas) – genauer: die Synthese von Methan aus Wasserstoff und CO₂ – flexibler und robuster machen. Im Zusammenspiel mit Methan-Pyrolyse sei die Erzeugung von CO₂-negativem Wasserstoff möglich und damit die dauerhafte Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre.

Ein entscheidender Vorteil des Verfahrens ist der Empa zufolge seine Lastflexibilität, die eine direkte Energieversorgung des Prozesses auch aus schwankenden Stromquellen erlaubt. Die Demonstrationsanlage zeige, „wie erneuerbarer Solarstrom in direkter Kopplung mit der Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und anschließend mit CO₂ aus der Umgebungsluft zu synthetischem Methan verarbeitet werden kann“. Eine solche direkte Kopplung sei „in dieser Form einzigartig“.

Kernbestandteil der Anlage ist die sorptionsverstärkte Methanisierung (Sorption: Vorgänge, bei denen Anreicherungen eines Stoffes innerhalb einer Phase – Absorption – oder auf der Grenzfläche zwischen zwei Phasen – Adsorption – entstehen). Zeolith-Pellets mit definierter Porengröße fungieren als Katalysatorträger und adsorbieren das bei der Methanisierungsreaktion als Nebenprodukt entstehende Wasser. Hierdurch verschiebt sich das chemische Gleichgewicht zugunsten der Methanentstehung, was wiederum den Ablauf des Prozesses bei relativ niedrigen Drücken und Temperaturen erlaubt. Das entstandene Methan „kann ohne aufwendige Nachreinigung direkt genutzt oder ins Gasnetz eingespeist werden“.

Für einen kontinuierlichen Betrieb sind mindestens zwei Reaktoren erforderlich, um sie jeweils abwechselnd zur Methanerzeugung zu nutzen und regenerieren beziehungsweise trocknen zu können. Diese Trocknung erfordert ein ausgefeiltes Wärmemanagement, „bei dem Abwärme aus der Methanisierung entweder gezielt aus dem Reaktor abgeführt oder im Katalysatorbett gespeichert werden kann“. Das Team um Projektleiter Florian Kiefer und Andreas Borgschulte habe mehr als fünf Jahre an der Transformation der Technologie „aus der Grundlagenforschung über den Labormaßstab bis zu einem funktionsfähigen Demonstrator“ gearbeitet.

Die sorptionsverstärkte Methanisierung und das Wärmemanagement, erläutert Kiefer, ermöglichen gegenüber konventionellen Verfahren höhere Umsätze sowie die bereits erwähnte Lastflexibilität: „Das macht die Technologie besonders attraktiv für die direkte Kopplung mit Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.“ Außerdem ist in den Demonstrator eine Anlage zur direkten Abscheidung des für die Methanisierung benötigten CO₂ aus der Luft (Direct Air Capture) integriert. Wird das erzeugte Methan nicht direkt genutzt, sondern mittels Methan-Pyrolyse in festen Kohlenstoff und Wasserstoff aufgespalten, ist letzterer damit „CO₂-negativ“: Der Kohlenstoff „dient als langfristig CO₂-Senke und kann in Baustoffen wie Beton oder Asphalt zum Einsatz kommen“.