Flüssiges "Erd"-Gas aus Luft und Strom

Ein im Rahmen des Projektes "eLNG aus Luft" entwickelter Systemdemonstrator am ZSW in Stuttgart erzeugt mittels Elektrizität aus erneuerbaren Energien synthetisches flüssiges Methan aus Wasserstoff und Luft – sogenanntes eLNG. Im Gegensatz zu LNG (Liquified Natural Gas), das auf fossilem Erdgas basiert, wird bei synthetischem strombasiertem eLNG (electrified LNG) der Energieträger klimaneutral hergestellt. Denn das flüssige Gas wird aus grünem Wasserstoff und CO2 aus der Umgebungsluft gewonnen.

Die Forschungen an dem vom Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg geförderten Projekt begannen vor eineinhalb Jahren. Jetzt wurde das Projekt mit der Demonstration der Gesamtprozesskette erfolgreich abgeschlossen. Die Technologie kann nun in den großtechnischen Maßstab überführt werden.

Für das Projekt wurden bereits bestehende Technologiebausteine und Infrastrukturen am ZSW genutzt. Dazu zählt unter anderem eine Technologie zur CO2-Gewinnung aus der Luft und die Elektrolyse zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Was noch fehlte, war eine innovative, kombinierte Methode, um das regenerative Methangas effizient zu erzeugen und zu verflüssigen. Dieses Verfahren wurde jetzt am ZSW entwickelt.

Verflüssigtes Methan verfügt über eine 600 Mal höhere Energiedichte als gasförmiges Methan und erlaubt somit unter anderem den interkontinentalen Schiffstransport von großen Energiemengen. So können die bereits bestehenden Infrastrukturen für LNG in Richtung Klimaneutralität transformiert werden. Als neuer, klimaneutraler Treibstoff kann eLNG statt Diesel für die Schifffahrt und den Schwerlastverkehr oder als Heizöl-Alternative in der Industrie eingesetzt werden. 

Als im ZSW-Technikum zum ersten Mal flüssiges Methan in die silberne Kugel im Zentrum des Demonstrators floss, war die Freude groß. „Die Menge an flüssigem Methan war noch gering, doch der Proof-of-concept war erbracht“, berichtet Marc-Simon Löffler, Leiter des ZSW-Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren.

Besonders stolz sind er und seine Kollegen auch darauf, dass alle Komponenten in der Prozesskette – also Elektrolyse, CO2-Wäscher, Methanisierung, und Verflüssigung – eigene Entwicklungen sind. Nachdem der Beweis erbracht wurde, dass der Demonstrator funktioniert, wurden die Prozessschritte weiter optimiert. Die Ausbeute der Laboranlage konnte inzwischen auf ein Kilogramm pro Stunde gesteigert werden.

Die ZSW-Forschenden haben bereits Skalierungskonzepte entwickelt, mit denen der Prozess auch im großtechnischen Maßstab eingesetzt werden kann. Bei optimaler Prozessintegration ist mit der Technologie eine Effizienz von bis zu 55 % bezogen auf den eingesetzten regenerativen Strom möglich.

Der nächste Schritt ist nun die Gewinnung von Partnern aus der Industrie für die Kommerzialisierung der Technologiebausteine. Dazu untersucht das Fachgebiet Systemanalyse des ZSW die Wertschöpfungspotenziale für die baden-württembergische Industrie. „Das Anlagenkonzept eröffnet Chancen für Unternehmen unterschiedlicher Branchen. Insbesondere die Technik zur Gewinnung von CO2 aus Luft ist nicht nur ein wichtiger Baustein der eLNG Prozesskette, sondern verspricht auch darüber hinaus große Entwicklungsperspektiven auf dem globalen Markt der Klimaschutzmaßnahmen“, fasst Maike Schmidt, Fachgebietsleiterin Systemanalyse am ZSW, zusammen.