Methanol wird mit mehr als 100 Millionen Tonnen pro Jahr aus fossilem Erdgas hergestellt. Mit Blick auf das Pariser Klimaabkommen sind die damit zusammenhängenden CO2-Emissionen nicht akzeptabel. Diesen Aspekt adressiert das Forschungsvorhaben E4MeWi unter Leitung von CreativeQuantum: Ein interdisziplinäres Team aus Chemikern und Ingenieuren entwickelt in den kommenden drei Jahren eine Chemiefabrik in Containergröße, die hocheffizient Methanol aus Wasser, Kohlendioxid und Erneuerbaren Energien produziert. Damit können in einigen Jahren auch kleine und mittelständische Unternehmen, sowie regionale Versorger dezentral und umweltfreundlich Methanol herstellen. Der Forschungsverbund E4MeWi besteht aus den Startups CreativeQuantum und INERATEC, sowie dem Leibniz-Institut für Katalyse und der Ruhr-Universität Bochum und dem Chemiepark Bitterfeld-Wolfen. Das Projekt wird seit dem 1.11.2020 und für drei Jahre mit insgesamt 2,0 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
E4MeWi steht für Energie-Effiziente Erneuerbare-Energien basierte Methanol-Wirtschaft. Die geplante Chemiefabrik in Containergröße soll zeigen, dass Methanol um Größenordnungen schneller und energieeffizienter aus nachhaltigen Quellen hergestellt werden kann als bisher. Ein weiteres Ziel der Projektpartner ist es, die Technologie so zu gestalten, dass Methanol zu wettbewerbsfähigen Preisen an Orten hergestellt werden kann, wo günstiger Strom auf lokale CO2-Emissionen trifft. So könnten in der Vision der E4MeWi-Partner Windkraft- und Müllverbrennungsanlagen oder Solarenergie- und Biogasanlagen für eine neue Wertschöpfung zusammengeführt werden, die in eine nachhaltige Rohstoffquelle für die Chemische Industrie mündet. Der Mobilitätssektor ist ein weiterer Zielmarkt für grünes Methanol, das als Treibstoffzusatz eingesetzt oder für Brennstoffzellen verwendet werden kann.
Dr. Marek Checinski, Geschäftsführer und Mitgründer von CreativeQuantum aus Berlin, ist einer der Erfinder der in dem Projekt umgesetzten Verfahrensinnovationen. Sein Unternehmen berechnet in Computern chemische und physikalische Eigenschaften von Substanzen und Materialien und klärt chemische Reaktionen und Prozesse im Detail auf.
Aus seinen Erfahrungen sind „Chemiker oft skeptisch und zweifeln daran, dass man mit Hilfe von Computern und modernen Algorithmen in der Lage ist, vollkommen neue Verfahren von 0 an zu evaluieren und zu optimieren. Methanol ist eine der bedeutendsten Chemikalien, an der wir das einmal demonstrieren wollten.“ Er hat dabei den neuen Capture-and-Hydrogenation-Ansatz (CHA) entwickelt. CreativeQuantum wird dieses Verfahren nun weiter im virtuellen Raum verbessern. Dabei kommen moderne Methoden, wie Genetische Algorithmen und Maschinelles Lernen zum Einsatz.
Das Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock (LIKAT) gehört zu den europaweit führenden Forschungseinrichtungen bei der Entwicklung von homogenen und heterogenen Katalysatoren. In Kooperation mit CreativeQuantum entwickelte die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Matthias Beller und Dr. Kathrin Junge im letzten Jahr den ersten Mangan-basierten Katalysator zur Produktion von Methanol aus Synthesegas. Die Symbiose von gezielten Simulationen und systematischen Laborexperimenten führte dazu, dass beide Partner es in nur vier Monaten von der Idee zur Patentanmeldung schafften. „Die Anforderungen an die am LIKAT entwickelten Katalysatoren sind nicht nur außerordentliche Selektivität und Aktivität, die für die Wirtschaftlichkeit entscheidend sind. Ganz wesentlich für eine Überführung in den industriellen Maßstab ist auch die Nachhaltigkeit des entsprechenden katalytischen Prozesses. Deswegen setzen wir einen besonderen Fokus auf die Entwicklung edelmetallfreier Homogen-Katalysatoren“, erklärt Matthias Beller.
Unter Leitung von Dr. Ralf Jackstell am LIKAT wird in dem Projekt jetzt die Entwicklung hocheffektiver homogener Katalysatoren zur Umwandlung von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie die erstmalige Demonstration technischer Anwendbarkeit mit der damit verbundenen Skalierung der Anlagentechnik vorangetrieben.
INERATEC wird neben der Evaluation neuer Mikroreaktortechnologien auch Container-Anlagen für das Projekt entwickeln und bauen. Die Demonstrationsanlage wird dabei helfen, herauszufinden, ob die Laborergebnisse auch in einer deutlich größeren Anlage auf dem Feld reproduziert werden können. Tim Böltken ist Geschäftsführer und Mitgründer von INERATEC. „Lokal produziertes Methanol aus nicht-fossilen Rohstoffen, also Erneuerbarer Energie und CO2, ist ein zwingend wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit für die chemische Industrie. Unsere Technologieplattform hilft dabei, den Time-to-Market zu verkürzen.“
Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel von der Ruhr-Universität Bochum ist ein ausgewiesener Fachmann in der Elektrokatalyse. Seine Arbeitsgruppe übernimmt im E4MeWi-Projekt die Katalysator- und Reaktorentwicklung für die elektrochemische Reduktion von CO2 hin zu Synthesegas. Hierbei greift das Team ebenfalls auf begleitende Simulationen von CreativeQuantum für das Katalysatorscreening zurück. Prof. Apfel ist davon überzeugt: „Nur im Zusammenspiel mit der geeigneten Prozesstechnik kann ein Katalysator sein Potential entfalten. Mit den Berechnungen wird es uns deutlich schneller möglich sein, geeignete und optimierte Katalysatoren zu finden und in die neuen Reaktoren einzubauen.“
Der Chemiepark Bitterfeld-Wolfen ist der größte offene Chemiestandort in Europa und die Wiege der industriellen Elektrochemie mit mehr als 125 Jahren Erfahrung in der Wasserstoffinfrastruktur. Die Standortbetreibergesellschaft unterstützt das E4MeWi-Projekt und führt damit sein Engagement in Projekten für eine nachhaltige Chemie und industrielle Kreislaufwirtschaft wie z.B. die Produktion von grünen C1 building blocks, fort.
Kontakte
CreativeQuantum
Dr. Alexander Janz
Tel.: +49 (0)30 9599 911 88
E-Mail: kontakt@e4mewi.de
LIKAT
Dr. Ralf Jackstell
Tel.: +49 (0)381 1281 128
E-Mail: ralf.jackstell@catalysis.de
INERATEC
Isabel Fisch
Tel.: +49 (0)721 8648 4460
E-Mail: isabel.fisch@ineratec.de
RUB
Prof. Ulf-Peter Apfel
Tel.: +49 (0)234 3221 831
E-Mail: ulf.apfel@rub.de
Chemiepark-Bitterfeld Wolfen
Max Fuhr
Tel.: +49 (0)3493 720 18
E-Mail: max.fuhr@chemiepark.de
Source
Supplier
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH
CreativeQuantum
E4MeWi
INERATEC - Innovative Reactor Technology
Leibniz-Institut für Katalyse
Ruhr-Universität Bochum
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