Synthesegas (Syngas) ist ein zentraler Ausgangsstoff in der chemischen Industrie. Es besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und bildet die Grundlage für die Produktion von wichtigen Chemikalien wie Methanol und Dimethylether. Diese werden wiederum in der Herstellung von Kunststoffen, Kraftstoffen und Düngemitteln verwendet.
Das EU-Projekt SOMMER entwickelt eine nachhaltige Methode zur Synthesegasherstellung, indem fossile Energie- und Kohlenstoffquellen ersetzt werden. Anstatt auf konventionelle Ressourcen für die Rohstoff- und Energiebereitstellung zurückzugreifen, nutzt SOMMER konzentrierte Solarstrahlung, um Wasser und CO2 in Synthesegas umzuwandeln.
Das CO2 wird aus unvermeidbaren Prozessemissionen gewonnen, wie sie in der Zementproduktion oder durch direkte Luftabscheidung entstehen. Eine innovative katalytisch aktive Membran ermöglicht die Spaltung der Moleküle ohne externe Stromzufuhr und schafft somit die Grundlage für eine klimaneutrale chemische Industrie.
Entwicklung eines innovativen solarbetriebenen Membranreaktors
Das Herzstück des SOMMER-Projekts ist ein solarbetriebener Membranreaktor, der Wasser und CO2 effizient in Synthesegas umwandelt. Das Projekt untersucht experimentell verschiedene Membran- und Katalysatormaterialien, die extremen Reaktionstemperaturen von bis zu 1.500 Grad Celsius standhalten müssen.
Das Forschungszentrum Jülich (FZJ), der spanische Forschungspartner CSIC und der Industriepartner hte GmbH arbeiten daran, die optimalen katalytisch aktiven Membranen auszuwählen, um eine langfristige Effizienz des Prozesses zu gewährleisten.
Herstellung der Membranen: Extrusion und 3D-Druck
Die Herstellung der Membranen findet auf zwei Wegen statt: Zum einen führt das Projekt Extrusion durch, ein Verfahren, bei dem das Material durch eine Öffnung mit einer definierten Form gepresst wird. Für diesen Prozess arbeitet SOMMER mit der Haldenwanger GmbH, einem weltweit führenden Keramikhersteller, zusammen.
Zum anderen kommt 3D-Druck zum Einsatz, den der spanische Forschungspartner IREC nutzt, um innovative Geometrien zu entwickeln, die die Leistungsdichte des Reaktors erhöhen. Diese Fertigungsmethoden ermöglichen die Entwicklung hochspezialisierter Membranen, die sowohl effizient als auch langlebig sind.
SOMMER Ablauf
SOMMER hat sich zum Ziel gesetzt, ein innovatives, kohlenstoffneutrales Verfahren zur Synthesegaserzeugung zu entwickeln und zu demonstrieren, indem Solarenergie direkt in einen katalytischen Membranreaktor integriert wird. Dieser Reaktor erleichtert die Zersetzung von H₂O und CO₂, das aus kohlenstoffemittierenden Industrien gewonnen wird.
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SOMMER
Industrielle Zusammenarbeit und Materialprüfung
Bevor die Membranen in den solarbetriebenen Reaktor integriert werden, testet sie die hte GmbH, ein führendes deutsches Unternehmen für Katalysator- und Materialforschung, intensiv. Diese Prüfungen stellen sicher, dass nur die leistungs- und widerstandsfähigsten Materialien für den Reaktor ausgewählt werden.
Direkte Spaltung von CO2 und Wasser: Bei 1.500 Grad Celsius wird Synthesegas ausschließlich aus Wasser und CO2 erzeugt, wobei die notwendige Energie nur über konzentrierte Solarstrahlung bereitgestellt wird.
Unterstützung durch nachhaltige Kohlenwasserstoffe: Bei 900 Grad Celsius wird der Spaltungsprozess durch die Nutzung von Biogas unterstützt. Diese Variante ermöglicht durch die Kopplung mit einer thermischen Energiespeicherung einen kontinuierlichen Betrieb, auch außerhalb der Sonnenstunden.
Systemanalyse und Integration in industrielle Prozesse
Das für den Prozess benötigte CO2 kann aus unvermeidbaren Emissionen der Zementproduktion stammen. Zur Bewertung der Integration der SOMMER-Technologie in industrielle Prozesse führt das Projektteam eine umfassende Systemanalyse durch. Diese untersucht, wie die Syngas-Produktion mit der Zementherstellung und der Methanolsynthese gekoppelt werden kann.
Zusätzlich erstellen die hte GmbH und das DLR eine techno-ökonomische und ökologische Bewertung, um die Machbarkeit der Technologie auf großen Maßstab zu prüfen. Eine Roadmap skizziert mögliche industrielle Anwendungen und Umsetzungsmöglichkeiten für eine nachhaltige Synthesegasproduktion.
Vorbereitung auf eine klimaneutrale chemische Industrie
Das Ziel des SOMMER-Projekts ist es, die Technologie auf einen Technologiereifegrad (TRL) von 4 zu bringen, was einen funktionierenden Laborprototypen bedeutet. Durch die enge Zusammenarbeit mit wichtigen Industriepartnern, darunter auch Titan Cement Company S.A., wird der Weg für eine künftige Skalierung geebnet.
Diese Innovation bietet besonders der Zementindustrie, einem der weltweit größten CO2-Emittenten, die Chance, ihre unvermeidbaren CO2-Emissionen in eine Kreislaufwirtschaft zu integrieren. Gleichzeitig schafft die SOMMER-Technologie eine nachhaltige Lösung, die große Teile der chemischen Industrie grüner gestalten kann. Mit diesem Ansatz leistet SOMMER einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien und unterstützt den Übergang zu einer klimafreundlichen chemischen Wertschöpfungskette.
Weitere Informationen gibt es auf der Projektwebseite:
