Methanbasierte Kraftstoffe auf dem Weg in die Praxis

Seinen Anfang nahm das Verbundforschungsprojekt im September 2018 in Friedrichshafen am Bodensee: 29 Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft schlossen sich in "MethQuest" zusammen. Seitdem arbeiten sie an Technologien, mit denen sich mit Strom aus erneuerbaren Quellen methanbasierte Kraftstoffe entwickeln lassen.

Ziel ist die Anwendung dieser Kraftstoffe etwa im Personen-, Güter- oder Schiffsverkehr. Um den Kraftstoffen möglichst schnell in konkrete Anwendungen zu verhelfen, unterstützt das Bundeswirtschaftsministerium das auf drei Jahre angelegte Projekt mit 19 Mio. Euro.

Einen Einblick in erste Projektergebnisse haben jetzt die projektleitenden Unternehmen gegeben − der Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) und der Rolls-Royce-Geschäftsbereich Power Systems. Projektkoordinator Manuel Boog von Rolls-Royce Power Systems zeigt sich "sehr zufrieden" mit den bisherigen Ergebnissen. Er ist zuversichtlich, dass die bis zum Projektende im Herbst 2021 zusätzlich gewonnenen Erkenntnisse ein ganzheitliches Bild zum Thema Wasserstoff und Methan aus erneuerbaren Energien (E-Methan) zeichnen − "von den Kosten über die Umsetzbarkeit bis zur Umwelt- und Klimawirkung". 

Das Verbundprojekt der insgesamt 29 Partner schlüsselt sich auf in sechs Teilprojekte:

• "MethFuel": In diesem Teilprojekt tüfteln die Partner "Areva H2Gen“, „iGas energy“ und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE an einem PEM-Elektrolyseur, der im Industriepark Höchst bei Frankfurt am Main in der Testphase läuft. Dieser zeichnet sich durch eine flexible Betriebsweise aus. Ohne vorzeitig zu altern oder Schaden zu nehmen, ist er sowohl mit bis zu 2,3 MW Leistung als auch mit niedriger Teillast in Betrieb. 
  
  Wie die Partner versichern, kann auch die nachfolgende Synthese zu grünem Methan flexibel mit dem Stromangebot umgehen. Eine neue Anlage zur katalytischen Methanisierung produziert aktuell rund zehn Kubikmeter reines Methan pro Stunde und zeigt ein "sehr gutes dynamisches Lastverhalten". Das dafür benötigte CO2 können die Partner aus der Luft abscheiden.
  
  Einem weiteren Forschungsbereich im Teilprojekt widmet sich die TU Berlin: Sie entwickelte und erprobte ein effizientes Konzept, um künftig große Mengen Wasserstoff in Offshore-Windparks erzeugen zu können, ohne das Meerwasser für die Elektrolyse vorher entsalzen zu müssen. 
• "MethPower": Koordiniert durch Rolls-Royce-Power Systems untersuchen die Partner in diesem Teilprojekt einen innovativen Otto-Großgasmotor. Als Kraftstoff kommt Wasserstoff zum Einsatz. Dieser Motor soll die Leistungsdichte eines Erdgasmotors bei geringsten Emissionen erreichen. Mit der Verbrennung von Wasserstoff wollen die Forscher niedrigere Schadstoffemissionen und hohe Leistungsdichten umsetzen.
• "MethMare": Dieses Teilprojekt nimmt die Energiewende im Schiffsverkehr in den Blick. Die Partner prüfen Gasmotoren auf ihre Alterungsbeständigkeit und untersuchen die Regenerationsmaßnahmen für Katalysatoren. Hier vermelden die Unternehmen eine Reduzierung der Methanemission um über 80 % im Vergleich zu herkömmlichen, in Schiffen eingesetzten Gasmotoren. Mithilfe einer optimierten Kolben- und Düsengeometrie konnte der CO2-Ausstoß weiter verringert werden. Auch die Verbrennung von Methanol im schnell laufenden Großmotor zeigt am Forschungsaggregat einen niedrigen Schadstoffausstoß, Methanemissionen werden gänzlich vermieden, heißt es.
• "MethGrid": In diesem Teilprojekt nehmen sich die Partner Lösungen zur Gestaltung von Microgrids für Binnen- und Seehäfen an. Im Rheinhafen Karlsruhe haben sie ein multifunktionales Speicher- und Verteilsystem für E-Methan konzipiert, einen sogenannten LNG-Hub. Mit diesem können Schiffe sowie Lkw mit LNG versorgt und das Gashochdrucknetz in Baden-Württemberg für die Spitzenlastdeckung unterstützt werden. Weiterhin entwickelten die Forscher vor Ort ein vollständiges, lokal gekoppeltes System für die Energieversorgung. Dieses Microgrid verbindet mit Strom, Gas, Wärme, Verkehr und Industrie alle vorhandenen Sektoren miteinander, um die verfügbare Energie inklusive erneuerbarer Energie optimal auszunutzen. 
• "MethSys": In diesem Teilprojekt peilen die Partner eine übergreifende Bewertung von Methan im gesamten deutschen Energiesystem mitsamt der Gasinfrastruktur an. Sie wollen Kosten, Klimawirkung und Umsetzbarkeit ermitteln. Umfangreiche Simulationen sollen ihnen hierbei helfen. Mit Ergebnissen rechnen sie in Kürze.
• "MethCar": Einen für E-Methan optimierten Pkw-Motor haben die Partner in diesem Teilprojekt im Visier. Im Vordergrund steht dabei, das erneuerbare Gas ohne schädliche Nebenprodukte hocheffizient zu verbrennen. Anhand der Daten aus den aktuell stattfindenden Prüfstandläufen wollen sie Abgasnachbehandlungsstrategien bei möglichst geringem Kraftstoffverbrauch entwickeln.