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Projekt
Mehrskalen-Analyse und rationaler Entwurf von dynamisch betriebenen, integrierten Katalysator-Reaktor-Systemen für die Methanisierung von CO2
Antragsteller
Professor Dr. Roger Gläser; Privatdozent Dr. Thomas Sheppard; Professor Dr.-Ing. Kai Sundmacher
Fachliche Zuordnung
Technische Chemie
Förderung
Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406914011
Die Umsetzung der Energiewende in Deutschland erfordert die effiziente Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen, insbesondere die Umwandlung elektrischer Energie in Wasserstoff mittels der Wasser-Elektrolyse. Der erzeugte Wasserstoff kann durch Hydrierung von CO2 direkt in synthetisches Methan umgesetzt werden. Methan ist eine Schlüsselsubstanz nicht nur für die Energiespeicherung, sondern auch für die Wertschöpfungsketten der chemischen Industrie.Mit Blick auf eine fluktuierende Wasserstoff-Versorgung wäre es wünschenswert, die CO2-Methanisierung in katalytischen Reaktoren durchzuführen, die mit dynamisch veränderlichen Feedströmen betrieben werden können. Jedoch existieren bisher keine verlässlichen Entwurfsmethoden für dynamisch betriebene katalytische Reaktoren. Auch fehlen stabile katalytische Materialsysteme, die zeitlichen Schwankungen von Gaszusammensetzung und Temperatur dauerhaft standhalten können. Weiterhin ist eine konsistente Mehrskalen-Analyse der Systemdynamik, welche die beteiligten Reaktions- und Transportprozesse auf einem breiten Spektrum von Zeit- und Längenskalen abdeckt, größtenteils nicht vorhanden.Das hier beantragte Forschungsprojekt betrachtet die heterogen katalysierte Gasphasen-Hydrierung von CO2 zu Methan an geträgerten Nickel- und Ruthenium-Katalyatoren. Es verfolgt zwei wesentliche Zielrichtungen:1) dynamische Mehrskalen-Analyse der katalytischen Reaktion in Kopplung mit den Stoff- und Energie-Transportprozessen, vom katalytisch aktiven Zentrum über das Katalysatorpartikel bis hin zum technischen Reaktor;2) rationales Design eines neuartigen integrierten Katalysator-Reaktor-Systems, welches dynamisch variierenden Betriebsbedingungen gewachsen ist, unter Betrachtung aller verfügbaren Gestaltungsvariablen auf der Mikroskala (aktive Katalysatorphase), der Mesoskala (poröse Katalysatorpartikel) und der Makroskala (katalytischer Reaktor).Um die genannten Ziele zu erreichen, bündelt das interdisziplinäre Team der Antragsteller folgende Kompetenzen: a) Synthese und Charakterisierung katalytischer Materialsysteme (Prof. Roger Gläser, Leipzig), b) räumlich aufgelöstes Monitoring von Katalysatoren mit ex situ, in situ und operando Methoden (Dr. Thomas Sheppard, Karlsruhe), c) dynamische Modellierung, Simulation und Optimierung katalytischer Systeme (Prof. Kai Sundmacher, Magdeburg).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
