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Methanol-basierte Energiewirtschaft. Vortrag am 18. Juni 2013 Max Männel. Gliederung. Einführung Methanolsynthese Verwendung Methanol. Einführung. Warum Methanol?. Einführung.
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Methanol-basierte Energiewirtschaft Vortrag am 18. Juni 2013 Max Männel
Gliederung • Einführung • Methanolsynthese • Verwendung Methanol
Einführung Warum Methanol?
Einführung „Neuartige Antriebe für den Verkehr werden nur dann ein großes Anwendungspotential erreichen können, wenn sie mit einem höheren Systemwirkungsgrad als verbrennungsmotorische Antriebe zur Schonung der vorhandenen Energieressourcen und zur Minderung der Schadstoffemissionen beitragen.“ Joachim Pasel, Ralf Peters, Michael Specht; Methanol – Herstellung und Einsatz als Energieträger für Brennstoffzellen, 2000
Methanolsynthese • Synthesegaserzeugung aus Erdgas und Kohle • Methanolsynthese • Schadstoffbilanz
Synthesegas aus Erdgas • Synthesegasherstellung:
Synthesegas aus Kohle • Überführung von Kohlenstoff in gasförmige, brennbare Verbindungen B. Höhlein, Th. Grube, P. Biedermann, H. Bielawa, G. Erdmann, L. Schlecht, G. Isenberg, R. Edinger; Methanol als Energieträger, 2003, Schriften des Forschungszentrums Jülich, Reihe Energietechnik / Energy Technology
Methanolsynthese aus Synthesegas • Synthese verläuft unter katalytischen Bedingungen bei 200°C – 250°C und 50 – 100 bar („low-pressure“) -> Katalysator: Cu/ZnO/Al2O3
Methanolsynthese - Katalysator • Anforderungen: • SACu so groß wie möglich • hohe CH3OH Selektivität • Verhältnis: 70:28:2 (Cu/ZnO/Al2O3)
Methanolsynthese aus Synthesegas- Katalysator Dr. Malte Behrens, Journal of Catalysis Volume 267, Issue 1, 1 October 2009, Pages 24–29
Methanolsynthese –Schadstoffbilanz Joachim Pasel, Ralf Peters, Michael Specht; Methanol – Herstellung und Einsatz als Energieträger für Brennstoffzellen, 2000
Zusammenfassung Methanolsynthese • CO2-Neutralität noch in weiter Ferne • größte Kosten liegen bei der Synthesegaserzeugung • Wichtiger Forschungssektor
Verwendung des Methanols • Methanol als Kraftstoff • direkte Gewinnung der elekt. Energie • direkte Verbrennung • Umsetzung von Methanol an Zeolith-Katalysatoren
Methanol als Kraftstoff – direkte Gewinnung • Methanol dient als Brennstoff in der „directmethanolfuelcell“ (DMFC) • Methanol liefert Wasserstoff, welcher anschließend als Brennstoff dient (Indirectmethanolfuelcell (IMFC))
Methanol als Kraftstoff – direkte Gewinnung DMFC: Dr. rer. nat. Alexander Dyck; Polymerverfahrenstechnik, 2005, Universität Paderbron
Methanol als Kraftstoff – direkte Gewinnung IMFC: Joachim Pasel, Ralf Peters, Michael Specht; Methanol – Herstellung und Einsatz als Energieträger für Brennstoffzellen, 2000
Methanol als Kraftstoff – direkte Gewinnung • Methanol-Steam-Reforming
Methanol als Kraftstoff – direkte Gewinnung • Anschließende Umsetzung von Wasserstoff in der Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEMFC)
Methanol als Kraftstoff – direkte Verbrennung • preiswert • 30% höherer Wirkungsgrad gegenüber Benzinern • Umwelteigenschaften besser
Methanol als Kraftstoff – Umsetzung an Zeolith • man spricht auch vom „methanol-to-gasoline“-Verfahren http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/Zeolite-ZSM-5-3D-vdW.png
Zusammenfassung • Methanol hat das Potential die Energiewende „mitzutragen“ • Für eine CO2-Neutralität wird ein neuer Katalysator entwickelt werden müssen
Supplementary – MTG • katalytisch bei Drücken zwischen 14 und 24 bar • und Temperaturen um 400 °C mögl. Mechanismus:
Supplementary – ZSM 5 Na0.3H3.8[(AlO2)4.1(SiO2)91.9] https://engineering.purdue.edu/~thomsonk/image/ZSM-5.jpg (Stand 14.06.2013)
Supplementary – planare Defekte • PlanareDefekte: Stapelfehler, falsche Ebenen im Kristall, fehlende Ebenen, Oberfächen, Grenzflächen, Versetzungen
Supplementary – Cu/ZnO/Al2O3 • Kupfer hat d9 -> favorisierte Kristallisation ist der Malachit, da Cu in verzerrter Jahn-Teller-Konfiguration koordiniert
Supplementary - PEM • Semipermeable Membran (z.B. Nafion)
Supplementary – Fischer-Tropsch-Synthese http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropsch-Synthese (Stand 16.06.2013)