Methanpyrolyse im flüssigen Metallbad
Woran wird geforscht?
Dabei wird CH4 in seine Bestandteile Wasserstoff und fester Kohlenstoff gespalten. Ein wesentlicher Vorteil der Methanpyrolyse zur Wasserstofferzeugung liegt in einer signifikant geringeren Menge an erforderlicher Energie im Vergleich zur Elektrolyse. Diese Energie kann aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung gestellt werden, sodass nur ein sehr geringer CO2-Fußabdruck auftritt. Darüber hinaus kann neben Methan auch Biogas zum Einsatz kommen, wodurch keine CO2-Emissionen mehr vorhanden sind.
Am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie beschäftigt sich ein Team mit der Zersetzung von Methan und Biogas durch Einleiten in ein katalytisch wirkendes Metallbad. In diesem Zusammenhang ist die Erforschung und Entwicklung effizienter Flüssigmetallkatalysatoren, welche aus verschiedenen Metalllegierungssystemen bestehen, von wesentlicher Bedeutung. Hinsichtlich des experimentellen Versuchsaufbaus ist eine ständige Weiterentwicklung und Skalierung der bestehenden Anlagen erforderlich (siehe Abbildung). Dabei stellen vor allem die Optimierung des Gaseinbringungssystems und der Feststoffabscheidevorrichtungen sowie der Produktgasaufbereitung wichtige Teilbereiche dar. Basierend auf diesen Vorarbeiten im Labormaßstab wird ein Methanpyrolyselabor im Großmaßstab eingerichtet, in dem in Zusammenarbeit mit anderen Lehrstühlen verschiedene Pyrolysetechnologien und eine vollständige Produktgasaufbereitung zur Gewinnung von Kohlenstoff und Wasserstoff unterschiedlicher Reinheit experimentell untersucht werden können.
Was sind die Ziele?
Die Dekarbonisierung soll durch den vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien erfolgen, deren Verwendung darüber hinaus natürliche Ressourcen schont. Eine der vielversprechendsten Strategien umfasst die Verwendung von Wasserstoff aus der Methanpyrolyse (bzw. aus Biogas) als Energieträger in schwer zu dekarbonisierenden Wirtschaftszweigen, wie beispielweise der Stahlerzeugung oder dem Verkehrssektor.
Gegenwärtig ist eine Energieversorgung auf Basis erneuerbaren Wasserstoffes im Vergleich zu fossilem Wasserstoff ohne CO2-Abscheidung (Dampfreformierung) jedoch aufgrund zu hoher Kosten nicht wettbewerbsfähig. Dies soll sich in den nächsten Jahren durch die intensive Forschungsaktivität im Bereich neuer oder Verbesserung bereits bestehender Technologien und Verfahren ändern. Die Zersetzung von Erdgas bzw. Methan aber auch Biogas nimmt daher eine zentrale Rolle als Übergangstechnologie ein. Der dabei entstehende Wasserstoff und Kohlenstoff stellen hochwertige Produkte dar, welche in unterschiedlichen Industrieanwendungen Einsatz finden. In den letzten Jahren gewinnt die Verwendung schmelzflüssiger Metalle als potenzielle Katalysatoren für die Methanpyrolyse zunehmend an Bedeutung. Diese bieten gegenüber herkömmlichen Feststoffkatalysatoren auf Metall- und Kohlenstoffbasis den Vorteil einer weitaus besseren Wärmeübertragung sowie einer hohen Resistenz gegenüber verunreinigungsinduzierter Deaktivierung.
Laut Literatur existiert für die Methanpyrolyse im Metallbad allerdings noch kein Verfahrensschema, das für einen größeren Maßstab einsetzbar wäre bzw. sind meist nur Ideen (kein Versuchssetup) vorhanden. Das Ziel des Projektes ist es daher, eine Pyrolysetechnologie für Methan und
Bio-/Erdgas bzw. in weiterer Folge auch für feste und flüssige Kohlenwasserstoffe hinsichtlich geeigneter Metallkatalysatoren und der verfahrenstechnischen Ausführung zu entwickeln, welche auch ein umsetzbares Upscaling ermöglicht.
Zur Person: Dipl.-Ing. Dr.mont. Stefan Wibner
Ich habe an der Montanuniversität Leoben Metallurgie studiert und mein Doktorat am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie im Bereich Aluminium-Recycling abgeschlossen. Bereits in der HTL Bulme in Graz-Gösting für Maschinen- und Anlagentechnik, interessierte ich mich besonders für Schweiß-, Gieß- und Schmiedetechnik und für die Herstellung von Metallen (was dort aber nur bedingt behandelt wurde). Daher entschied ich mich für ein Studium der Metallurgie, wo auf diese Thematiken sehr genau eingegangen wird. Vor allem die naturwissenschaftlichen Grundlagen sowie die nachhaltige Betrachtung von Metallherstellungsprozessen und das Recycling verschiedener Reststoffe haben mich begeistert. Am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie beschäftige im mich mit unterschiedlichsten Forschungsprojekten im Bereich Recycling von metallhaltigen Reststoffen und nun vor allem mit der Thematik der Methanpyrolyse im Flüssigmetallreaktor. Diese Technologie ist besonders interessant, da die Wasserstoffherstellung derzeit und auch zukünftig an Bedeutung gewinnen wird und die Methanpyrolyse in diesem Zusammenhang als wesentliche Technologie zu nennen ist, die neben H2 auch festen Kohlenstoff, welcher als kritischer Rohstoff gilt, produziert. Für die Zukunft wünsche ich mir, dass neue, umweltfreundlichere Prozesse bzw. Verfahren schneller und effektiver eingesetzt und etabliert werden können und die politisch/gesellschaftlich/bürokratischen Barrieren fallen. Innovative Forschungen sollen gesellschaftlichen Nutzen und Arbeitserleichterungen bringen, wobei umweltrelevante Auswirkungen berücksichtigt werden und im Vordergrund stehen müssen.
Weitere Projektmitarbeiter – Methanpyrolyse:
Dipl.-Ing. David Neuschitzer
Dipl.-Ing. David Scheiblehner
Ing. Andreas Sprung
