Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Klimakiller als Klimaretter: Überschüssiger Strom verwandelt Kohlendioxid in Erdgas

07.04.2014

Schieben sich Wolken vor die Sonne, geht die Solarstromproduktion schlagartig zurück, weht der Wind nicht, liefern die Windparks keine Energie. Umgekehrt gibt es bereits jetzt Tage, an denen Windkraftwerke abgeschaltet werden müssen, weil es zu viel Strom gibt. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt „iC4“ hat sich zur Aufgabe gemacht, die schon seit 100 Jahren bekannte Umwandlung von Kohlendioxid in künstliches Erdgas so zu optimieren, dass sie als Speichertechnologie konkurrenzfähig wird. Nun gibt es erste Erfolge.

Das vielgescholtene „Treibhausgas“ Kohlendioxid könnte zu einem wichtigen Baustein der Energiewende werden: Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) entwickeln zusammen mit Forschern der Wacker Chemie AG und der Clariant AG effiziente Katalysatoren für die Umwandlung von Kohlendioxid in Methan. Der dazu benötigte Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser mit Überschussstrom gewonnen.


Kobalthaltiger Katalysator zur Umwandlung von Kohlendioxid in Methan

Foto: Andreas Battenberg / TU München

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts iC4 (integrated Carbon Capture, Conversion and Cycling) testeten die Wissenschaftler mehr als 250 verschiedene Katalysatorsysteme, darunter sowohl bereits verfügbare als auch im Rahmen des Projekts neu entwickelte. Die erfolgversprechendsten Kandidaten optimieren sie weiter.

In der Pilotanlage der MAN Diesel & Turbo SE am Standort Deggendorf erreichen die ersten Katalysatoren inzwischen Ausbeuten im Bereich zwischen 92 und mehr als 95 Prozent, genug Methan, um das Gas ins Erdgasnetz einzuspeisen. Doch den Forschern des Projekts geht es vor allem darum, den genauen Ablauf der Umsetzung und die Reaktionen an den Oberflächen der Katalysatoren zu erforschen.

„Dieses Wissen ist der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Methanherstellung in großtechnischen Maßstab“, sagt Prof. Bernhard Rieger, Inhaber des Wacker-Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie der TU München und Sprecher des iC4-Konsortiums.

Synthetisches Erdgas als Energiespeicher

„Wir können weder so viele Batterien herstellen noch so viele Pumpspeicherkraftwerke bauen, um die zukünftig zu erwartenden Differenzen zwischen Stromproduktion und Stromverbrauch auszugleichen“, sagt Professor Rieger „Der einzige Weg so große Energiemengen zu speichern, führt über die chemische Speicherung.“

Methan erscheint den Forschern als Speicherform besonders wertvoll, da es bereits ein Deutschland weites Verteilnetz für Erdgas gibt und Speicherkapazitäten, die selbst eine Flaute von mehreren Wochen überbrücken könnten. Darüber hinaus gibt es bereits Jahrzehnte lange Erfahrung mit der Verwendung von Erdgas als Treibstoff für Autos.

Auch der Rohstoff der Reaktion, das Kohlendioxid, ist in großen Mengen verfügbar: Natürliches Erdgas enthält neben seinem Energieträger Methan auch bis zu zehn Prozent Kohlendioxid. Biogasanlagen produzieren neben Methan bis zu 50 Prozent Kohlendioxid. Die größten Kohlendioxidquellen sind jedoch Kraftwerke, die Kohle, Öl oder Gas verbrennen und energieintensive Prozesse wie die Zementherstellung oder die Metallgewinnung.

Großtechnische Umsetzung

Eine Herausforderung bei der Nutzung dieser Kohlendioxidquellen ist die Reinheit des Kohlendioxids. Rauchgase enthalten aggressives Schwefeldioxid, Biogas enthält ebenfalls Schwefelverbindungen. Der optimale Katalysator sollte gegenüber solchen Störsubstanzen möglichst unempfindlich sein, um die Kosten für die Reinigung des Kohlendioxids gering zu halten. Auf der Suche nach robusten und noch aktiveren Katalysatorsystemen untersuchen die Wissenschaftler an der TU München nun die Wechselwirkungen verschiedener katalytisch aktiver Metalle und Trägermaterialien sowie die Einflüsse unterschiedlicher Präparationsmethoden auf Stabilität und Aktivität.

Eine weitere Herausforderung stellt die mehrstufige, viel Energie frei setzende Reaktion an sich dar: „Zwar gibt es schon erste Demonstrationslagen zur Methanherstellung, doch noch ist die Reaktionskinetik der verschiedenen Teilreaktionen nicht vollständig verstanden“, sagt Professor Rieger. Ein wichtiges Ziel der Forschungsarbeit ist daher die theoretische Modellierung der Reaktionen am Computer. Für die Entwicklung effizienter Großanlagen sind solche Modellrechnungen eine wichtige Grundlage.

Das Verbundprojekt zur Nutzung von Kohlendioxid als Energiespeicher gliedert sich in vier Säulen: Abtrennung von Kohlendioxid aus Erdgas und Biogas, Abtrennung von Kohlendioxid aus Abgasen (Kraftwerke, Zementindustrie, …), katalytische Umwandlung von Kohlendioxid zu Methan, und direkte stoffliche Nutzung von Kohlendioxid durch Photokatalyse. Mit Unternehmen wie Clariant AG, e.on AG, Linde AG, MAN Diesel & Turbo SE, Siemens AG, Wacker Chemie AG sowie dem Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik und der TU München vereint das iC4-Konsortium Kompetenzen in allen notwendigen Wertschöpfungsschritten. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.


Kontakt:

Prof. Dr. Bernhard Rieger
Technische Universität München
WACKER-Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie
Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 13571 – E-Mail: rieger@tum.de
Internet: http://www.ic4.tum.de

Die Technische Universität München (TUM) ist mit rund 500 Professorinnen und Professoren, 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und 36.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, ergänzt um Wirtschafts- und Bildungswissenschaft. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Niederlassungen in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel und Carl von Linde geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands. www.tum.de

Prof. Dr. Bernhard Rieger | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht
16.01.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

nachricht Greifswalder Plasmaforscher erforschen Nanomaterialien für effiziente Energiespeicherung
13.01.2017 | Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie