Kohlendioxid als Rohstoffquelle Pilotanlage für umweltfreundliche Methanolherstellung in Betrieb genommen

Im September 2018 wurde erstmals Methanol aus Hüttengasen im Technikum am Stahlwerk Duisburg erzeugt. Was im Labormaßstab gelang, wird jetzt für die großtechnische Umsetzung vorbereitet: Seit Juli 2019 ist am Carbon2Chem-Labor in Oberhausen eine Pilotanlage in Betrieb. Ab 2020 soll sie in Duisburg bis zu 75 l Rohmethanol (Gemisch aus Methanol und Wasser) am Tag aus Abgasen des dortigen Stahlwerks produzieren.

Großtechnische Produktion vorbereiten

Methanol ist vielseitig als Basischemikalie oder synthetischer Kraftstoff einsetzbar. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sowie Wasserstoff sind die Grundlage für seine Herstellung. Der nötige Kohlenstoff wird derzeit noch überwiegend durch fossile Quellen wie Erdgas bereitgestellt.

Im Oberhausener Carbon2Chem-Labor forschen die Partner des Konsortiums unter anderem an Verfahren zur Gasreinigung sowie zur Produktion von Methanol. Seit Juli 2019 werden an der Pilotanlage Versuche durchgeführt, um die Methanolproduktion aus Hüttengas der Stahlproduktion verfahrenstechnisch simulieren zu können. Diese Modellierung ist wesentlich für die Auslegung und Optimierung der großtechnischen Herstellung, zu der die Pilotanlage am Ende der Versuchsreihen von Oberhausen ins Carbon2Chem-Technikum nach Duisburg umziehen soll.

Erweiterung der Gasversorgung und Steuerung

Aktuell wird die Pilotanlage an Gasversorgung und Steuerung erweitert, um Synthesegas mit einem beliebigen Verhältnis zwischen Kohlendioxid und Kohlenmonoxid simulieren zu können. So werden in Oberhausen die natürlichen Schwankungen in der Zusammensetzung von realem Hüttengas nachgebildet, mit denen es die Pilotanlage künftig in Duisburg zu tun bekommen wird.

Darüber hinaus werden zusätzliche Messgeräte installiert. Zum einen handelt es sich dabei um Gasanalysatoren, die die Zusammensetzung des am zukünftigen Standort zugeführten Hüttengases messen und das im Kreis geführte Synthesegas analysieren. Zum anderen wird eine Temperaturmessung entlang der Reaktorachse mit 36 Messstellen eingesetzt, die zukünftig eine detaillierte Auswertung der Katalysatoraktivität über der Reaktorhöhe und der Versuchsdauer erlaubt.

Fakten zur Pilotanlage

Die Pilotanlage stammt aus der Schweiz und wurde dort für die Umsetzung reinen Kohlendioxids mit Elektrolysewasserstoff zu Methanol konzipiert. Bis auf die mit bis zu 75 l pro Tag Rohmethanol im Vergleich zur industriellen Produktion geringen Produktionskapazität weist die Anlage alle wesentlichen Konstruktionsmerkmale einer großskaligen Anlage auf.

Der erste Betrieb der Pilotanlage erfolgte im Juni 2019. Hier wurde der Reaktor erstmals aufgeheizt und anschließend der Katalysator reduziert. Im selben Monat wurde die Pilotanlage auch zum ersten Mal mit Synthesegas betrieben, das wie in der ursprünglichen Auslegung ausschließlich aus Kohlendioxid und Wasserstoff bestand.

Nach einer Einlaufphase von circa 5 h hatte das erzeugte Rohmethanol eine Zusammensetzung bezüglich der Hauptkomponenten von etwa 63 Gewichtsprozent Methanol und etwa 37 Gewichtsprozent Wasser, was der für dieses Synthesegas zu erwartenden Zusammensetzung entspricht. Genauere Analysen des flüssigen Produkts werden eigenen Angaben zufolge momentan bei Fraunhofer Umsicht und Thyssenkrupp Industrial Solutions durchgeführt.

Die in Oberhausen gewonnenen Ergebnisse bilden die wissenschaftliche Basis für die Arbeiten mit den realen Hüttengasen, die am Rande des Stahlstandorts Duisburg durchgeführt werden. Dort bietet das Carbon2Chem-Technikum direkten Zugang zu realen Hüttengasen und die Möglichkeit, Versuche unter industriellen Rahmenbedingungen durchzuführen.

Über das Projekt Carbon2Chem

Ziel des Projekts Carbon2Chem ist die Nutzung von CO₂-Emissionen als Rohstoffquelle für die chemische Industrie. Dies reduziert die Emissionen am Stahlwerk und den Einsatz fossiler Rohstoffe in der chemischen Produktion.

Carbon2Chem ist ein Großprojekt, in dem 17 Partner aus Industrie und Forschung eine Technologie erarbeiten, die bei einer großtechnischen Umsetzung rund 20 Millionen Tonnen der jährlichen CO₂-Emissionen der deutschen Stahlbranche vermeiden könnte. Die Technologie ist dabei auch in anderen CO₂-intensiven Industrien einsetzbar.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 63 Millionen Euro gefördert.