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Das DVGW-EBI stellt sich vor ...

15.03.2021

Die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie erforscht in MethFuel neuartige Verfahren, um CO2 zur Methanerzeugung bereitzustellen.

Frau Gegenheimer, die DVGW-Forschungsstelle hat in MethFuel verschiedene Aufgaben. Können Sie kurz darstellen, was die einzelnen Arbeitspakete sind?

Zum einen läuft bei uns im Haus ein technologisches Arbeitspaket. Dabei untersuchen wir, wie sich mit ionischen Flüssigkeiten CO2 aus der Luft abtrennen lässt. Das bedeutet ganz konkret, dass wir bei uns eine Versuchsanlage mit sechs Metern Höhe aufgebaut haben und sie mittlerweile auch mit ersten Erfolgen betreiben.

Unser zweites Arbeitspaket sind theoretische Untersuchungen zu Power-to-Gas-Prozessketten. Hier führen wir Erkenntnisse zusammen, die in den verschiedenen Technologiearbeitspaketen gewonnen wurden: von der Elektrolyse über CO2-Abtrennung bis hin zur Methanisierung. Dabei ist eine wichtige Frage, wie sich diese Technologien aufeinander abstimmen lassen, um die Wirtschaftlichkeit und die Energieausbeute zu erhöhen. Daraus lassen sich Handlungsempfehlungen ableiten, in welche Richtung die Technologien noch weiter optimiert werden können.

Was ist das Besondere an dieser Gaswäsche mit ionischen Flüssigkeiten?

Grundsätzlich ist es erst mal eine klassische Wäsche, wie man sie verwendet, um Gase aufzubereiten. In unserem Fall wird von einer Waschflüssigkeit CO2 aus Umgebungsluft aufgenommen. Wir verwenden dafür eine ionische Flüssigkeit. Diese Flüssigkeiten haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihres sehr niedrigen Dampfdrucks auch bei Temperaturen um die 100 °C nur zu einem vernachlässigbaren Teil verdampfen. Besonders positiv macht sich diese Eigenschaft bei Drücken im Vakuumbereich bemerkbar, da hierbei viele Waschmittel schon sehr hohe Verdampfungsraten aufweisen. Um das CO2 aus einer klassischen Waschflüssigkeit herauszuholen, muss man sie auf Temperaturen über 100 °C erhitzen, was recht energieintensiv ist. Bei der ionischen Flüssigkeit müssen wir hingegen die Temperatur nur geringfügig anheben und gleichzeitig den Druck sehr weit absenken und das CO2 entweicht wieder, sodass wir es absaugen können. Die Druckabsenkung verbraucht weniger Energie als das Erhitzen bei klassischen Flüssigkeiten.

Ionische Flüssigkeiten sind als recht komplexe organische Verbindungen teurer als die Amine in klassischen Gaswäschen. Ist abzusehen, dass dieses Verfahren wirtschaftlich wird?

Da ionische Flüssigkeiten – englisch übrigens „ionic liquids“, also „IL“ – kaum verdampfen, gibt es sehr wenig Materialverlust im Betrieb. Des Weiteren bewirkt die niedrige Verdampfungsrate eine höhere Konzentration der Zielkomponente im Produktgas. Das sind natürlich große Vorteile für die Wirtschaftlichkeit. Außerdem ist noch viel Bewegung in der Entwicklung von ILs, sodass die Preise weiter sinken werden. Und drittens bedeutet der genannte reduzierte Energiebedarf auch weniger Betriebskosten. Auf Basis der Erfahrungen im Technikumsmaßstab werden wir als nächstes Vergleichsrechnungen durchführen, wie viel unser Verfahren über die gesamte Betriebszeit kostet.

Außerdem schauen wir auf einen ganz besonderen Anwendungsfall: Die klassischen Verfahren schaffen es nicht, CO2 aus der Umgebungsluft abzutrennen. Die Konzentration von 400 ppm ist für diese Verfahren einfach zu gering. Ein alternatives Verfahren, das mit dieser Konzentration zurechtkommt, ist das von Climeworks, und mit dem müssen wir uns wirtschaftlich messen.

Könnten auch andere Forschungseinrichtungen in Deutschland diese Untersuchungen machen?

Wir dürften die einzigen sein, die schon seit einigen Jahren das IL-Verfahren erforschen und Erfahrungen in verschiedenen Anwendungsfeldern sammeln. Dazu zählen die CO2-Abtrennung aus Biogas und aus industriellen Abgasen. Dort ist der CO2-Anteil aber deutlich höher als in Umgebungsluft, sodass die laufenden Arbeiten ganz neue Herausforderungen mit sich bringen. Mit unserem Verfahren wäre ein Einsatz möglich in Gegenden, wo es keine anderen CO2-Quellen gibt außer der Umgebungsluft, so wie in der nordafrikanischen Wüste.

Wenn das Projekt erfolgreich abgeschlossen ist: Woran ließe sich der Erfolg erkennen?

Wichtigstes Ziel ist, die Machbarkeit dieses Verfahrens darzustellen. Wir können bereits jetzt sagen, dass das grundsätzlich möglich ist. Wenn wir außerdem sehen, dass dieses Verfahren auch hinsichtlich Energieeffizienz und Kosten Vorteile gegenüber anderen bietet, wäre das ein großer Erfolg.

Auf der theoretischen Seite wollen wir für alle Technologien des Power-to-Gas-Prozesses (PtG) Optimierungspotenziale aufzeigen und Handlungsempfehlungen ableiten. Wir sehen die Herausforderung darin, dass die PtG-Technologien technologisch schon relativ ausgereift sind. Der nächste wichtige Schritt ist, die einzelnen Technologien aufeinander abzustimmen. Diese Technologieketten wollen wir für spezifische Einsatzfälle und Standorte optimieren, um den jeweiligen Business Case zu verbessern.

Porträt Johanna Gegenheimer

Johanna Gegenheimer, Projektleiterin der DVGW-Forschungsstelle am EBI innerhalb von MethFuel

Gesamtkoordination:

MTU Friedrichshafen GmbH
Maybachplatz 1
88045 Friedrichshafen

 

DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut
des Karlsruher Instituts für Technologie

Engler-Bunte-Ring 1 – 9
76131 Karlsruhe