12. Juni 2018

Membranreaktoren liefern „grüne“ Grundstoffe für die chemische Industrie

Geschlossene Kohlenstoffkreisläufe müssen in Zukunft einen wichtigen Beitrag leisten, Kohlendioxid-Emissionen drastisch zu reduzieren und einen sicheren und kostengünstigen Zugang zu Kohlenstoffquellen als Basis für Produkte der chemischen Industrie zu liefern. Um die Wirtschaftlichkeit der dafür erforderlichen Syntheseprozesse zu steigern, hat das Fraunhofer IKTS in Zusammenarbeit mit dem Thüringer Unternehmen MUW-SCREENTEC GmbH einen neuartigen Membranreaktor entwickelt.

Ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf basiert auf der steten Umsetzung von Kohlendioxid mit Energie – idealerweise aus regenerativen Quellen. So lässt sich aus regenerativ erzeugtem Strom beispielswiese Wasserstoff herstellen, welcher unter Nutzung von Kohlendioxid zu speicherbaren Stoffen wie Methanol umgewandelt werden kann. Der nach dem Prinzip »Power-to-Liquid« hergestellte flüssige und somit transportable Speicherstoff Methanol besitzt eine hohe Energiedichte. Er kann ohne Verluste unbegrenzt gelagert werden. Außerdem ist dieser wertvolle Energieträger auch eine wichtige Basischemikalie für weiterführende Synthesen, beispielsweise für Kunststoffe.

Derzeit ist bei der Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlendioxid die notwendige Wasserabtrennung noch ein separater Schritt. Die dabei zum Einsatz kommenden thermischen Verfahren sind energieaufwändig und reduzieren den Wirkungsgrad. Mit einem so genannten Membranreaktor kann nun erstmals die chemische Reaktion mit der Stofftrennung in einem Apparat gekoppelt werden. Das Konzept wurde vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS und der MUW-SCREENTEC GmbH unter Förderung der Thüringer Aufbaubank entwickelt und in Hardware demonstriert. Durch die membranunterstützte Abtrennung des Wassers aus dem Reaktionsraum wird die Lage des chemischen Gleichgewichts während der Synthese gezielt zugunsten des Methanols verschoben. Auf Basis dieser Ergebnisse lassen Simulationsrechnungen eine deutliche Steigerung der Methanolausbeute auf 60 % in Membranreaktoren statt bisher 20 % in konventionellen Reaktoren erwarten, wenn man auf industrielle Anlagen hochskaliert. Der experimentelle Nachweis der genauen Steigerung der Ausbeute wird derzeit von den Projektpartnern erbracht. Die für die Reaktoren notwendigen Membranen wurden ebenfalls am Fraunhofer IKTS entwickelt. Sie müssen neben den wasserabtrennenden Eigenschaften auch unter den anspruchsvollen Prozessbedingungen mechanisch, chemisch und thermisch stabil sein. Für die Methanolsynthese erwiesen sich bislang wasserselektive Kohlenstoffmembranen als besonders effektiv.

Erfahren Sie mehr zu dieser neuen Generation von Membranreaktoren in den Nachrichten des Fraunhofer IKTS.


Foto ©Fraunhofer IKTS: Neuartiger Membranreaktor zur effektiven Herstellung von chemischen Grundstoffen mit deutlich gesteigerten Ausbeuten.

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