Die Hydrierung von CO2 zu CH3OH unter überkritischen Bedingungen - eine reaktionstechnische Untersuchung
Die Hydrierung von CO2 zu CH3OH unter überkritischen Bedingungen - eine reaktionstechnische Untersuchung
Der nachhaltig, universellste Energieträger ist elektrischer Strom, der nach dem Stand der Technik via Fotovoltaik, Solarthermie, Wind- und Wasserkraft aus der Sonnenstrahlung erzeugt werden kann. Ein Nachteil ist jedoch seine begrenzte Speicherbarkeit. Die Energiedichte der heutigen Akkumulatoren (z.B. Li-Ionen-Akku mit bis zu ca. 0,3 kWh kg-1) sind für Fahrzeuge nur begrenzt ausreichend. Daher ist es sinnvoll, elektrische Energie in chemischen Bindungen zu speichern, um deren hohe Energiespeicherkapazität zu nutzen. Als chemischer Energieträger kommt vor allem Solar-Wasserstoff, hergestellt via Wasser-Elektrolyse, in Frage. Wasserstoff ist aber ähnlich wie Strom schlecht speicherbar und birgt ein nicht zu unterschätzendes Gefahrenpotenzial. Der durch Wasser-Elektrolyse erzeugte Wasserstoff kann jedoch mit Kohlendioxid zu Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Methan CH4, Diesel-Kraftstoff -CH2-, Methanol CH3OH u.a. umgesetzt werden. [Vog-2012] Insbesondere Methanol bietet die Vorteile des leichten Transports und der guten Integrierbarkeit in die bestehende Infrastruktur von flüssigen Kraftstoffen und Energieträgern. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der heterogen katalysierten Hydrierung von CO2 unter überkritischen Bedingungen (bis 330 °C bei 150 bar). Die potentiellen Vorteile im Vergleich zur Gasphase sind: hohe Raum-Zeit-Ausbeuten, geringere Investitionskosten und Phasenzerfall von CH3OH/H2O in überkritischem CO2. Die Performance der Hydrierungsreaktion von CO2 zu CH3OH wird an einem Cu/ZnO/Al2O3-Katalysator durchgeführt. Für eine exakte Berechnung der Verweilzeit geht den Versuchen eine Bestimmung der Dichten von H2-CO2-Gemischen unter den Reaktionsbedingungen voraus. Desweiteren wird der Phasenzerfall in einer Sichtzelle untersucht. Auf Basis der reaktionstechnischen Untersuchung wird ein Verfahrenskonzept erstell
Interest in energy storage technologies is still increasing in times of the excess of electricity that is generated by wind farms or solar plants. Solar electricity can be transformed to solar-hydrogen via water electrolysis. A crucial part of the energy storage technologies plays the efficient conversion of H2 and CO2 from renewable resources. Here, the process conditions for continuously catalytic hydrogenation of CO2 to CH3OH under supercritical conditions over lab-synthesized Cu/ZnO/Al2O3 catalysts were investigated. The impact of temperature (230 – 330 °C), residence time (0.5 - 2.2 s) at moderate pressure (150 bar) but even above the supercritical parameters of CO2 showed a selective CO2 hydrogenation. Higher H2 concentrations, respectively higher H2:CO2-ratios (H2:CO2 = 6), lead to an increased selectivity of CH3OH. A possible in situ phase separation of reaction products within the reactor due to the higher densities of the reaction mixture by the highered pressure could affect the kinectics and simplfy the down-stream processing. The combination of thermodynamic studies (phase separation phenomena) as well as the catalytic performance tests for the CO2 hydrogenation under supercritical conditions are discussed. Based on these data a process concept is presented.
