Methanol Production via Solar Reforming of Methane

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein solarer Reformierungsprozess zur Methanolherstellung untersucht. Der Prozess stellt eine Möglichkeit dar, die mit diesem Herstellungsprozess verbundenen Treibhausgasemissionen zeitnah bedeutend zu reduzieren. Hiermit wäre ein wesentlicher Schritt in der Entwicklung einer nachhaltigeren Chemieindustrie geleistet. Darüber hinaus lässt sich Methanol auch als Brennstoff einsetzen. So kann Methanol einen Beitrag zu einer klimaschonenderen Energieversorgung leisten, wenn er durch solare Reformierung produziert wird. Zunächst wurde in der Arbeit ein Gesamtprozess auf Basis der indirekt beheizten solaren Reformierung entwickelt. Hierbei war ein Ziel die anfallenden Abwärmeströme zu nutzen. Infolgedessen wird ein großer Teil der Abwärme in einem Wasser-Dampf-Kreislauf zur Stromproduktion genutzt, da es hierfür keine sinnvolle Verwendung im Prozess gibt. Darüber hinaus wird der Off-Gas-Strom der Methanolsynthese teilweise zur Stromproduktion eingesetzt. Der entwickelte Prozess nutzt Sonnenenergie und Erdgas und produziert hieraus Methanol und elektrischen Strom. Das Verhältnis der verschiedenen Ströme zueinander ist hierbei durch Parametervariation veränderbar. Eine Optimierung mit herkömmlichen Bewertungskriterien wie Energie- oder Exergiebilanzen ist daher nicht möglich. Folglich wurde ein Bewertungskriterium entwickelt, dass auf dem Ziel basiert den Verbrauch der Fossilen Rohstoffe und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Auf Basis dieses Bewertungskriteriums wurde der Prozess mithilfe von Parametervariationen optimiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prozess das Potential hat Sonnenenergie effektiver zu nutzen, als dies bei der reinen Stromproduktion der Fall ist. Eine anschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass der Prozess zur konventionellen Sonnenenergienutzung theoretisch konkurrenzfähig ist. In der Praxis müssten hierfür jedoch entsprechende Fördermechanismen, wie sie für die Stromproduktion existieren, für die Herstellung von Chemierohstoffen eingeführt werden.