Veröffentlicht am 21. Februar 2023
Aus klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid wird Methanol
Die Europäische Union (EU) hat sich auf das ehrgeizige Ziel verständigt, die Treibhausgasemissionen bis 2050 auf null zu reduzieren. Mit dem Förderprogramm „Horizon Europe“ werden Projekte gesucht und unterstützt, die mit innovativen technischen Lösungen auf dieses Ziel einzahlen. Ein Konsortium aus Forschung und Industrie, unter Beteiligung des KIT und zwei Gründerteams des KIT, ist Anfang des Jahres ins geförderte Projekt UP-TO-ME (Unmanned-Power-to-Methanol-Production) gestartet. Das Konsortium setzt sich aus einem interdisziplinären Team von Spezialisten aus den Bereichen Prozesstechnologien, Materialwissenschaften und Automatisierung zusammen: KIT, cloudfluid GmbH, in Kürze ICODOS, die Aristotle University of Thessaloniki, die Unternehmen Global Omnium und Isle utilities sowie das finnische Forschungszentrum VTT (Koordinator). Das internationale Projektteam hat es sich zum Ziel gesetzt, eine Produktionsanlage zu entwickeln, die dezentrale CO2-Punktquellen, beispielsweise aus anaerober Vergärung und Kläranlagen, zur Herstellung erneuerbarer Kraftstoffe nutzt und aufwertet. Der so produzierte Biokraftstoff könnte einen nachhaltigen Antrieb für schwer elektrifizierbare Anwendungen wie z. B. Schiffe bieten.
Das UP-TO-ME-Konzept basiert auf einem Hybridverfahren, das die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) mit der Synthese von Methanol in einer völlig autonomen, unbemannten Anlage kombiniert. Die 3D-gedruckten Reaktoren und Kolonneneinbauten, die dafür nötig sind, werden mit der Hilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD) entwickelt, auf die das Gründerteam der cloudfluid GmbH spezialisiert ist: „Wir freuen uns sehr, Erkenntnisse aus der Strömungsdynamik und des digitalen Prototyping in das Projekt einbringen zu können. Wir werden computergestützte Strömungsdynamik einsetzen, um die Entwicklung von Reaktorsäulen aus 3D-Metalldruck zu verstehen, zu verbessern und zu beschleunigen“, erklärt der Gründer und Geschäftsführer Dr.-Ing. Max Gaedtke. Er ist als Alumni des KIT zudem im Netzwerk der KIT Industry Experts aktiv.
Ein weiteres Spin-off des KIT namens ICODOS wird in den nächsten Monaten den Projektverbund verstärken. Das Team kümmert sich dann um die erfolgreiche Realisierung der Mikroverfahrenstechnik. Dr. Francisco Vidal Vazquez, Mitgründer von ICODOS und Mitarbeiter am Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT), gibt einen Ausblick: „In UP-TO-ME strebt das KIT den Proof-of-Concept einer erstmals vollautomatisierten Power-to-Methanol-Anlage an. Dies ist eine entscheidende Entwicklung, um die dezentrale Produktion von erneuerbaren Kraftstoffen und Chemikalien zu ermöglichen und damit einen Schritt näher an eine Kreislaufwirtschaft heranzukommen.“ Das wissenschaftliche Gründungsteam arbeitet an einer Hybridlösung für die Verwertung von Biogas aus Abfallströmen, wie Klärschlamm und biologischen Abfällen, in Verbindung mit erneuerbarem Strom zur Erzeugung von Biomethan und e-Methanol.
Für den Gesamtbetrieb der geplanten Pilotanlage entwickelt das interdisziplinäre Projektteam ein vollautomatisches, selbstlernendes und selbstoptimierendes Steuerungssystem. Durch die Einbindung dynamischer Anlagenmodelle und künstlicher Intelligenz soll am Ende die Herstellung von Methanol unter schwankenden Bedingungen möglich sein. Dadurch könnte die Methanolproduktion in kleinem Maßstab erstmals wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden. Die Pilotanlage mit einer Kapazität von etwa 50 Litern Methanol pro Tag soll noch dieses Jahr in einer realitätsnahen Umgebung aufgebaut und validiert werden.
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