Masterarbeit/HIWI

IMVT

ab sofort

Vidal Vázquez, Francisco

Abbildung 1: Schema des Power-to-Methanol-Konzepts unter Einsatz von CO₂ aus Abgas, erneuerbarer Elektrizität und Wasser als Ausgangsmaterial.

Unser nicht nachhaltiges Energiesystem und seine Auswirkungen auf den Klimawandel zwingt unsere Gesellschaft, das Energiesystem im Laufe des 21. Jahrhunderts in ein nachhaltiges zu verwandeln. Der Hauptverursacher des Klimawandels ist die Emission von Treibhausgasen, hauptsächlich CO₂, in die Atmosphäre. Eine Reduzierung der CO₂-Emissionen durch einen verminderten Gebrauch von fossilem Brennstoff kann erreicht werden durch Zunahme des Anteils erneuerbarer Energien und Elektrifizierung von Verkehrsmitteln und Industrie. Jedoch ist eine Elektrifizierung von Industrien mit energieintensiven Verfahren, wie Eisen- und Zementbranchen, schwierig zu erreichen und ihre Emissionen stellen einen hohen Anteil der weltweiten Emissionen dar. Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCU) fangen CO₂ aus Emissionen oder der Atmosphäre ab und nutzen es anschließend, um Brennstoffe und Chemikalien herzustellen. CCU für die Methanolproduktion ist eine der wichtigsten CCU-Anwendungsbereiche aufgrund der Bedeutung von Methanol als chemischer Grundstoff. Mit einer weltweiten Jahresproduktion von über 110 Millionen Tonnen wird Methanol für die Herstellung von Brennstoffen, chemischen Zwischenprodukten, Kunststoffen und Feinchemikalien genutzt. Methanol kann direkt aus H₂ und CO₂ durch die folgende Reaktion hergestellt werden:

Gleichung 1: Reaktionsgleichung der Methanolsynthese.

 
Die Power-to-Methanol (PtM)-Technologie (Abbildung 1) ist eine synergetische Lösung sowohl für die Speicherung von intermittierender erneuerbarer Energie wie Wind oder Sonne, als auch für die Wiederverwertung von aus Abgasen oder Luft abgeschiedenem CO₂. Diese Technologie verwendet H₂, hergestellt durch Wasserelektrolyse unter Einsatz von erneuerbarer Energie, sowie von industriellen Abgasen abgeschiedenes CO₂, um Methanol zu produzieren. Damit PtM gelingt, müssen die Produktionskosten von Methanol gesenkt werden. Dies kann durch eine Vereinfachung des Prozesses und dadurch eine Reduzierung der benötigten Ausstattung sowie der verbrauchten Energie erreicht werden. Daher entwickelt das Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) ein neues Hybridverfahren, welches die CO₂-Abscheidung mit der Methanolsynthese verbindet. Dieser Prozess vereinfacht die PtM-Technologie wesentlich und  macht ihre wirtschaftliche Umsetzbarkeit somit möglich.

In dieser Masterarbeit wird die CO₂-Abscheidung durch ein flüssiges physikalisches Lösungsmittel untersucht, sowohl durch experimentelle, als auch Modellierungsarbeit. Die experimentelle Arbeit wird in einer am IMVT errichteten Versuchsanlage durchgeführt. Die Modellierungsarbeit wird in Aspen Plus^® realisiert, ein bestehendes Modell dient dafür als Ausgangspunkt. Experimentelle Arbeit, die den Teil der CO₂-Abscheidung mit dem Teil der Methanolsynthese verbindet, wird durchgeführt, wenn es die Zeit zulässt. Der Student kann auswählen, ob er die Thesis entweder in Deutsch oder Englisch verfasst.

Anforderungen: Grundkenntnisse in der Laborarbeit und in Microsoft Office-Programmen (Word, Excel und Power Point).

Nützlich: Bisherige Erfahrungen mit Modellierung und Simulation.

Prüfer:                   Prof. Dr.-Ing. Roland Dittmeyer

Betreuer:               Dr. Francisco Vidal Vázquez

Kontakt:                 Francisco.vidal-vazquez@kit.edu

Bearbeitungsdatum: 04.04.2022