ss13-08-männel

Report
Methanol-basierte
Energiewirtschaft
Vortrag am 18. Juni 2013
Max Männel
Gliederung
• Einführung
• Methanolsynthese
• Verwendung Methanol
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Einführung
Warum Methanol?
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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
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Methanolsynthese
• Synthesegaserzeugung aus Erdgas und Kohle
• Methanolsynthese
• Schadstoffbilanz
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Synthesegas aus Erdgas
• Synthesegasherstellung:
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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
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Methanolsynthese aus Synthesegas
• Synthese verläuft unter katalytischen Bedingungen bei 200°C
– 250°C und 50 – 100 bar („low-pressure“)
-> Katalysator: Cu/ZnO/Al2O3
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Methanolsynthese - Katalysator
• Anforderungen:
i. SACu so groß wie möglich
ii. hohe CH3OH Selektivität
• Verhältnis: 70:28:2 (Cu/ZnO/Al2O3)
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Methanolsynthese aus Synthesegas
- Katalysator
Dr. Malte Behrens, Journal of Catalysis Volume 267, Issue 1, 1 October 2009, Pages 24–29
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Methanolsynthese –Schadstoffbilanz
Joachim Pasel, Ralf Peters, Michael Specht; Methanol – Herstellung und Einsatz als Energieträger für Brennstoffzellen, 2000
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Zusammenfassung Methanolsynthese
• CO2-Neutralität noch in weiter Ferne
• größte Kosten liegen bei der
Synthesegaserzeugung
• Wichtiger Forschungssektor
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Verwendung des Methanols
• Methanol als Kraftstoff
i. direkte Gewinnung der elekt. Energie
ii. direkte Verbrennung
iii. Umsetzung von Methanol an ZeolithKatalysatoren
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
• Methanol dient als Brennstoff in der „direct
methanol fuel cell“ (DMFC)
• Methanol liefert Wasserstoff, welcher
anschließend als Brennstoff dient (Indirect
methanol fuel cell (IMFC))
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
DMFC:
Dr. rer. nat. Alexander Dyck; Polymerverfahrenstechnik, 2005, Universität Paderbron
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
IMFC:
Joachim Pasel, Ralf Peters, Michael Specht; Methanol – Herstellung und Einsatz als Energieträger für Brennstoffzellen, 2000
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
• Methanol-Steam-Reforming
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
IMFC:
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Gewinnung
• Anschließende Umsetzung von Wasserstoff in der
Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEMFC)
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Methanol als Kraftstoff – direkte
Verbrennung
• preiswert
• 30% höherer Wirkungsgrad gegenüber Benzinern
• Umwelteigenschaften besser
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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
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Zusammenfassung
• Methanol hat das Potential die Energiewende
„mitzutragen“
• Für eine CO2-Neutralität wird ein neuer
Katalysator entwickelt werden müssen
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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!
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Supplementary – MTG
• katalytisch bei Drücken zwischen 14 und 24 bar
und Temperaturen um 400 °C
mögl. Mechanismus:
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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)
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Supplementary - Zeolithkatalyse
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Supplementary - Kostenbilanz
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Supplementary – planare Defekte
• Planare Defekte: Stapelfehler, falsche Ebenen im
Kristall, fehlende Ebenen, Oberfächen, Grenzflächen,
Versetzungen
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Supplementary – Cu/ZnO/Al2O3
• Kupfer hat d9 -> favorisierte Kristallisation ist
der Malachit, da Cu in verzerrter Jahn-TellerKonfiguration koordiniert
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Supplementary - PEM
• Semipermeable Membran (z.B. Nafion)
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Supplementary - Brennstoffzelle
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Supplementary – Fischer-TropschSynthese
http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropsch-Synthese (Stand 16.06.2013)
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