Methanolproduktion in Biogasanlagen
In Biogasanlagen wird derzeit von dem produzierten Rohbiogas nur der Methananteil genutzt. Der CO₂-Anteil, ca. 40% des Rohbiogases, wird ungenutzt und klimaschädigend in die Atmosphäre emittiert. Dies geschieht bei der Nutzung des Biogases zur Stromerzeugung in Motoren dadurch, dass der CO₂-Anteil des Rohbiogases als Teil des Motorabgases wieder in die Atmosphäre gelangt.
Einen wesentlich größeren Beitrag zum Klimaschutz können Biogasanlagen im Verbund mit anderen Anlagen der Energietechnik leisten. Einen klimaentlastender Verbund ohne CO₂-Emissionen in die Atmosphäre ermöglicht die Kombination folgender Energieanlagen:
- Einer Biogasanlage
- Der Biogasaufbereitung mit der Biogas-CO₂-Methanolwäsche zur Netzeinspeisung von Bio-Methan und zur CO₂-Gewinnung für die Methanolsynthese,
- Der Elektrizitätserzeugung durch Erneuerbare,
- Der H₂ und CO₂-Gewinnung durch Elektrolyse,
- Der Elektrizitätserzeugung durch Oxyfuel-Kraftwerke mit dem O₂ aus der Elektrolyse
- Der Methanol-Produktion mit dem H₂ aus der Elektrolyse und dem CO₂ aus der Biogasanlage
- Der Nutzung der Methanolproduktion für die Versorgung des Verkehrssektors mit eFuel.
Innerhalb dieses Verbunds von Energieanlagen übernehmen die Oxyfuel-Kraftwerke, unabhängig ob diese mit Oxyfuel-Gasturbinen oder mit Oxyfuel-Motoren arbeiten, die klimaneutrale Elektrizitätsversorgung mit fossilen Brennstoffen in Dunkelflauten, den Zeiten ohne Elektrizitätserzeugung mit Wind und Sonne.
Eine Anordnung von Energieerzeugungsanlagen auf einem gemeinsamen Standort ist insbesondere für die Biogasanlage, die Biogasaufbereitung und die Methanolproduktion zweckmäßig. Die Erzeugung des Stroms aus Erneuerbaren und die Elektrizitätserzeugung in Oxyfuel-Kraftwerken kann mit Leitungsverbindungen auch an anderen Standorten erfolgen.
Mit CO₂ aus Biogasanlagen klimaneutralen eFuel produzieren
Die Bezeichnung eFuel ist ein Oberbegriff für verschiedene Kraftstoffe. Unter den eFuels ist Methanol wegen des preiswerten Produktionsverfahrens des Kraftstoffs und den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Methanol in der chemischen Industrie von besonderer Bedeutung. Methanol (CH₃OH) ist nicht nur ein hervorragender Kraftstoff, sondern auch eine der wichtigsten Basischemikalien. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich deshalb auf den eFuel Methanol.
Methanol weist viele wünschenswerte Eigenschaften auf, die es zu einem ausgezeichneten Kraftstoff für Ottomotoren machten, darunter eine hohe Oktanzahl und eine verbesserte Effizienz. Methanol M100 und Methanol M85 sind als Kraftstoff in der EU genormt. In für Reinmethanol M100 oder M85 angepassten Motoren lassen sich im Vergleich zu Benzinmotoren eine bis zu 10 % höhere Motorleistung und ein etwa 15 % besserer thermischer Wirkungsgrad erzielen.
Die Bildung von Methanol aus Kohlendioxyd und Wasserstoff verläuft nach der chemischen Formel:
CO₂ + 3 H₂ ↔ CH₃OH + H₂O
ΔH = -40,9 kJ/mol
Für den Prozess der Methanolsynthese werden Reaktoren, die hauptsächlich mit Katalysatoren auf Basis von Kupfer und Zinkoxid arbeiten, eingesetzt. Dabei erfolgt die Methanolsynthese bei einem Druck von 50 bis 100 bar und Temperaturen zwischen 200 °C und 300 °C. Bei der Methanolsynthese handelt es sich um eine exotherme Reaktion, d. h. es muss Wärme aus dem Prozess abgeführt werden. Bekannte Methanolreaktoren, wie der Lurgi Mega Methanol-Reaktor oder der Linde Isotherm-Reaktor sind für großindustrielle Prozesse mit einer Kapazität von mehreren 1.000 Tonnen Methanol pro Tag ausgelegt. Bei der Verbundproduktion von Methanol in der 300 m³-Biogasanlage liegt die Kapazität bei einer Tagesproduktion bei maximal 4 Tonnen Methanol. Für diese Produktionsmenge sind die bekannten Methanolreaktoren nicht einsetzbar. Daher hat Kirchner Energietechnik für diese kleineren Produktionskapazitäten das Verfahren der Methanolsynthese in einem Schrägrohr-Methanolreaktor entwickelt.