Kurs:Rohstoffe III: Kohlenwasserstoffe/Methanisierung

Begriffserklärung

Als Methanisierung wird der Prozess bezeichnet, bei dem aus einer Reaktion von Kohlenstoffmonoxid bzw. Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff, Methan und Wasser entstehen. Dieser Vorgang wird auch Sabatier-Prozess genannt, nach seinem Entdecker, dem französischem Chemiker, Paul Sabatier.

Reaktion

Der Vorgang der Methanisierung findet bei relativ hohen Temperaturen um die 500 °C statt und ist stark exotherm.

Reaktionsgleichung

Reaktion mit Kohlenstoffmonoxid

$\mathrm {CO+3\ H_{2}\longrightarrow CH_{4}+H_{2}O}$

Reaktion mit Kohlenstoffdioxid

$\mathrm {CO_{2}+4\ H_{2}\longrightarrow CH_{4}+2\ H_{2}O}$

Elektrolyse

Der erste Verfahrensschritt der Methanisierung, ist das herstellen von Wasserstoff. Dies geschieht durch den Vorgang der Elektrolyse. Bei der Elektrolyse wird mittels eines elektrischen Stroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Methanisierung

Im zweiten Verfahrensschritt reagiert der bei der Elektrolyse gewonnene Wasserstoff unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit Kohlenstoffmonoxid bzw. Kohlenstoffdioxid zu syntetischem Methan und Wasser.

Anwendung

Speicherung von Ökostrom

Das Hauptanwendungsgebiet der Methanisierung ist die Speicherung von Ökostrom. Der durch erneuerbare Energien gewonnene Strom wird teilweise in speziellen Pumpspeicherkraftwerken gespeichert. Da diese Kraftwerke jedoch nur eine begrenzte Speicherkapazität besitzten, kann ab einem gewissen Zeitpunkt kein weiterer Strom mehr gespeichert werden. Um dieses Kapazitätsdefizit auszugleichen,wird der überschüssige Strom genutzt, um Wasserstoff der Elektrolyse herzustellen. Das anschließend bei der Methanisierung gewonnene Methan kann anschließend ins Erdgasnetz eingespeist werden, und nach bedarf mittels Dampfturbinen o.ä. wieder rück verstromt werden.

Großtechnik

Ein weiterer Anwendungsbereich der Methanisierung, ist die Großtechnik. Dabei wird mit Hilfe dieses Prozesses unerwünschtes Kohlenstoffmonoxid, welches bei manchen Reaktion als Katalysator-Gift wirkt, entfernt. Dies geschieht zum Beispiel in der Ammoniakherstellung.

Analytik

Die Methansierung findet auch Anwendung in der Analytik. Dort lassen sich mit Hilfe dieses Prozesses Kohlenstoffmonoxid bzw. Kohlenstoffdioxid und Formaldehyd nachweisen. Das dabei entstehende Gas lässt sich mittels eines Flammenionisationsdetektor analysieren.

Quellen

Peter Foith:Methanisierung als chemischer Verwertungsweg für Kohlendioxid;Montanuniversität Leoben, Juni 2013

ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.:Erdgas aus Ökostrom;April 2011

http://de.wikipedia.org/wiki/Methanisierung

http://www.powertogas.info/power-to-gas/strom-in-gas-umwandeln/methanisierung.html

http://www.energie-lexikon.info/methanisierung.html