Power2Gas - Katalytische Methanisierung von CO₂ als Baustein einer erfolgreichen Energie- und Rohstoffwende

  • Die katalytische Methanisierung von Kohlendioxid (CO2) mit Hilfe von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff (H2) aus erneuerbaren Energiequellen kann einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen leisten. Aufgrund einer immer stärker fluktuierenden Energie- und Rohstoffbereitstellung spielt die Möglichkeit einer flexiblen, dynamischen Betriebsweise eine zunehmend große Rolle für zukünftige Technologien. Dies bedingt auch im Fall der katalytischen Methanisierung umfangreiche Untersuchungen, um zu ermitteln, inwieweit eine dynamische Fahrweise Auswirkungen auf Prozess und Katalysator besitzt. An diesem Punkt setzte das HiFF-Projekt Power2Gas an. So wurden verschiedene nickelbasierte Katalysatorsysteme synthetisiert, wobei sich der via Imprägnierung hergestellte Ni/Al2O3-Katalysator sowohl aufgrund seiner guten Leistung als auch der praktikablen und reproduzierbaren Herstellung als geeignetes Benchmark-System für weitere Untersuchungen - vor allem im kinetischen Bereich -Die katalytische Methanisierung von Kohlendioxid (CO2) mit Hilfe von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff (H2) aus erneuerbaren Energiequellen kann einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen leisten. Aufgrund einer immer stärker fluktuierenden Energie- und Rohstoffbereitstellung spielt die Möglichkeit einer flexiblen, dynamischen Betriebsweise eine zunehmend große Rolle für zukünftige Technologien. Dies bedingt auch im Fall der katalytischen Methanisierung umfangreiche Untersuchungen, um zu ermitteln, inwieweit eine dynamische Fahrweise Auswirkungen auf Prozess und Katalysator besitzt. An diesem Punkt setzte das HiFF-Projekt Power2Gas an. So wurden verschiedene nickelbasierte Katalysatorsysteme synthetisiert, wobei sich der via Imprägnierung hergestellte Ni/Al2O3-Katalysator sowohl aufgrund seiner guten Leistung als auch der praktikablen und reproduzierbaren Herstellung als geeignetes Benchmark-System für weitere Untersuchungen - vor allem im kinetischen Bereich - erwies. Während umfassender Parametervariationen wurden kinetische Datensätze im stationären Zustand bestimmt, die zur Modellierung der katalysierten CO2-Methanisierung verwendet werden können. Darüber hinaus wurden in ausgewählten Versuchsreihen die isotherme Temperaturkontrolle und eine ausreichende Langzeitstabilität sichergestellt sowie makrokinetische Diffusionsbeschränkungen ausgeschlossen. Die Ergebnisse wurden in einer peer-review-Publikation veröffentlicht und auf zwei Konferenzen präsentiert. Sie waren zudem die Basis für eine erfolgreiche Masterarbeit und flossen in die Antragstellung im Rahmen des DFG-Programms „Großgeräteaktion für Hochschulen für Angewandte Wissenschaften“ ein.show moreshow less
  • The catalytic methanation of carbon dioxide (CO2) using electrolytically produced hydrogen (H2) from renewable energy sources represents a potential option for reducing CO2 emissions. Due to an increasingly fluctuating availability of energy and raw materials, the need for flexible, dynamic operation is becoming ever more crucial for future technologies. In the case of catalytic methanation, this also requires further investigations to determine the impact of dynamic operation on the process and catalysts. This is where the HiFF Power2Gas project comes in. Various nickel-based catalyst systems were synthesized. The Ni/Al2O3 catalyst produced via impregnation was identified as a suitable benchmark system for further investigations - particularly in the kinetic range - due to its good performance as well as its simple and reproducible synthesis. By thorough parameter variation, kinetic data sets were determined in steady state, which can be used to model catalyzed CO2 methanation. InThe catalytic methanation of carbon dioxide (CO2) using electrolytically produced hydrogen (H2) from renewable energy sources represents a potential option for reducing CO2 emissions. Due to an increasingly fluctuating availability of energy and raw materials, the need for flexible, dynamic operation is becoming ever more crucial for future technologies. In the case of catalytic methanation, this also requires further investigations to determine the impact of dynamic operation on the process and catalysts. This is where the HiFF Power2Gas project comes in. Various nickel-based catalyst systems were synthesized. The Ni/Al2O3 catalyst produced via impregnation was identified as a suitable benchmark system for further investigations - particularly in the kinetic range - due to its good performance as well as its simple and reproducible synthesis. By thorough parameter variation, kinetic data sets were determined in steady state, which can be used to model catalyzed CO2 methanation. In addition, isothermal temperature control and long-term stability were ensured in a series of selected experiments, while macro-kinetic diffusion limitations could be ruled out. The results were published in a peer-reviewed publication and presented at two conferences. They were also fundamental for a successful master's thesis and were used in an application for the DFG program "Großgeräteaktion für Hochschulen für Angewandte Wissenschaften".show moreshow less

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Metadaten
Author:Luisa Failing, Stefan KaluzaORCiD, Peter StrucksORCiD
Qualitätssicherung:redaktionell geprüft
open access:Diamant - ohne Publikationskosten mit Lizenzhinweis
Fachbereich/Einrichtung:Hochschule Düsseldorf / Fachbereich - Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Document Type:Workingpaper / Report
Year of Completion:2024
Series (Serial Number):Berichte zu HSD-intern geförderten Forschungsprojekten (4)
Language of Publication:German
Place of publication:Düsseldorf
Creating Corporation:Hochschule Düsseldorf
Page Number:27
URN:urn:nbn:de:hbz:due62-opus-45143
DOI:https://doi.org/10.20385/opus4-4514
ISSN:2625-3690
Tag:CO₂ Methanisierung; Deaktivierung; Dekarbonisierung; Dynamische Betriebsweise; Nickel-Katalysator; Power-to-X
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):Creative Commons - CC BY-SA - Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Release Date:2024/09/05
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