WaStraK NRW – Methanolsynthese auf Kläranlagen


WaStraK NRW – Methanolsynthese auf Kläranlagen

 

Auftraggeber: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes NRW (MKULNV)

Partner: TUTTAHS & MEYER Ingenieurgesellschaft für Wasser-, Abwasser- und Energiewirtschaft mbH, Ingenieurbüro Redlich&Partner (IBR), Emschergenossenschaft

 

Wasserstoff (H2) bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Wasserwirtschaft insbesondere hinsichtlich einer emissionsfreien Energieversorgung. Für die Lagerung und den Transport von Wasserstoff sind zwar technische Lösungen vorhanden, jedoch sind insbesondere die Speicherdichten gering und die Umwandlungsverluste bei der Flüssigwasserstoff-lagerung signifikant. Alternativ zum molekularen Wasserstoff bietet sich chemisch gebundener Wasserstoff in Form von Methanol an. Methanol bietet als entscheidende Vorteile die einfache Lagerung, die relativ hohe Energiedichte und die universelle Einsetzbarkeit.

In Phase I des Projektes WaStraK NRW wurden eine umfassende Bestandsaufnahme des aktuellen Standes der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik erstellt und die Infrastrukturbau-steine der Wasserstofferzeugung, -Speicherung, -Transport und -Nutzung von ihrer technischen und wirtschaftlichen Seite für die Abwasserwirtschaft dargestellt. Des Weiteren wurde als Beispiel für den Einsatz von Wasserstoff auf Kläranlagen die halbtechnische Umsetzung einer Methanolsynthese geplant. Zunächst wurden darin theoretisch die Wege der Synthesegasherstellung und Methanolsynthese untersucht. Die projekttragende Idee einer Methanolsynthese auf Kläranlagen ist die Einkopplung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und zusätzlichem Kohlenstoffdioxid (CO2). Dadurch eröffnet sich die Chance, CO2, z. B. aus den Abgasen der Blockheizkraftwerke zusammen mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff, in einen unkompliziert speicherfähigen Energieträger umzuwandeln.

Seit Anfang 2014 läuft nun die zweite Phase des Projektes WaStraK NRW. Ziel ist die Realisierung und der Betrieb einer halbtechnischen Pilotanlage zur Methanolsynthese aus Klärgas. Die Grundlagen des Gesamtprozesses und das Anlagenkonzept wurden auf Basis weiterführender Erkenntnisse weiterentwickelt. Außerdem wurden die Randbedingungen hinsichtlich der Ausführung, der Aufstellung und des Betriebs der Pilotanlage vertiefend betrachtet.

Eine technische Herausforderung der Methanolsynthese, die im Recycle-Loop gefahren wird, d. h. Rückführung der nicht reagierten Gasbestandteile, liegt in der Kombination der notwendigen Heiz- und Kühlprozesse und somit der Ausschöpfung der vorhandenen Energiepotentiale der Edukte, Produkte und Nebenprodukte der Anlage. Die Synthese läuft z. B. bei einer Temperatur von ca. 290°C ab. Zur Abscheidung eines Produktes, bestehend aus einem Methanol-Wasser-Gemisch, wird dies in einer nachfolgenden Verfahrensstufe auskondensiert. Dazu wird der Produktgasstrom abgekühlt. Eine Nutzung der Wärme des Gases für die Aufheizung des Gasstroms vor dem Synthesereaktor stellt eine Option zur Verwertung dar. Andere Wärmepotentiale liegen z. B. im Synthesegas des Reformers, welches den Reformer mit einer Temperatur von ca. 300°C verlässt. Dieser Gasstrom eignet sich für die Aufheizung des Recycle-Loop-Gasstroms und des Synthesegasstroms, bevor diese Gasströme zum Synthesereaktor fließen. Das Anlagenfließschema wurde in Absprache mit den Projektpartnern und einer Anlagenbaufirma finalisiert. Nach der Bau- und Aufstellungsphase der Pilotanlage soll der Versuchsbetrieb auf dem Technikumsgelände der Kläranlage Emschermündung der Emschergenossenschaft im Frühsommer 2016 starten.Die erarbeiteten Ergebnisse der Testphase und neue Erkenntnisse im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie fließen in eine abschließende Iteration des Kompendiums Wasserstoff ein.

 

 

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