Synthesegas aus Kunststoffabfällen

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Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsarbeiten

In der ersten großtechnischen Pilotanlage wurden zahlreiche Vergasungskampagnen mit kunststoff- und chlorhaltigen Ersatzbrennstoffen durchgeführt. Dabei wurden bereits mehr als 2000 t unterschiedlicher Materialströme eingesetzt: Mischkunststoffe und Sortierreste aus dem gelben Sack sowie Schredderschwerfraktion aus dem Automobilrecycling. Die Betriebsergebnisse und Erfahrungen fließen in Forschungs- und Entwicklungskooperationen zur Optimierung und Weiterentwicklung der Technologie ein.

Gemeinsam mit der TU Clausthal entwickeln die Forscher ein umfassendes Simulationsmodell des Vergasungsprozesses. Eingangsbasis vieler Daten sind Prozessparameter und Messdaten aus dem großtechnischen Pilotreaktor. Ergänzt wird das Modell durch Versuchsergebnisse und Daten aus Labor- und Technikumsanlagen. Inzwischen ist die Programmierung des Simulationsmodells weit fortgeschritten und es wurde bereits mit der Validierung verschiedener Prozesseinstellungen und Modell-Tests begonnen.

Am Ende soll das Simulationsmodell verlässliche Prozessdaten aus unterschiedlichen Eingangsdaten bereitstellen. So wird es beispielsweise möglich sein, den Einsatz unterschiedlicher Abfallstoffe zu simulieren und die daraus zu erwartende Synthesegaszusammensetzung und den Wirkungsgrad der Anlage zu ermitteln, ohne dass solche Versuche gleich an der großtechnischen Anlage durchgeführt werden müssen.

Mithilfe des Simulationsmodells sollen das Verfahren und das Reaktordesign weiter verbessert werden. Den Schwerpunkt ihrer weiteren Arbeit sehen die Entwickler darin, das Verfahren für verschiedene Reaktorgeometrien und Auslegungsgrößen optimal anzupassen. Das mittelfristige Ziel ist es, einen optimierten großtechnischen Anlagentyp zu entwickeln, der in unterschiedlichen Auslegungsgrößen eine Vielzahl problematischer Abfallströme vor Ort, ohne aufwendigen „Mülltourismus“, effizient verwerten kann.

Synthesegase für die Chemieindustrie

In vielen Bereichen der Industrie, beispielsweise in der Stahl- und Chemieproduktion, werden Synthesegase erzeugt und eingesetzt. Für zahlreiche chemische Produkte, wie Kraftstoffe oder Kunststoffe, ist CO-reiches Synthesegas ein wichtiger Ausgangsstoff. In einer neuartigen Pilotanlage erprobt die Linde AG am Standort Pullach ein neues Verfahren der trockenen Reformierung. Dazu haben die Wissenschaftler die klassische Dampfreformierung entscheidend verändert. Neben Methan und etwas Wasserdampf wird bei hohem Druck auch Kohlendioxid (CO₂) in einen Rohrreaktor geleitet.

Bei Temperaturen zwischen 800 und 1.000 °C reagiert das CO₂ mit dem Methan zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Das Verfahren ist energieeffizienter als die klassische Variante: Zum einen benötigt die Trockenreformierung sehr viel weniger Wasserdampf zur Verhinderung der Katalysatorverkokung, zum anderen wird das Synthesegas unter hohem Druck erzeugt, sodass eine vorlaufende Gasentspannung und im Anschluss an die Reaktion eine weitere Verdichtung entfällt. Ein weiterer Vorteil: Die Verwendung großer Mengen CO₂. Dieses entsteht als Abfallprodukt in vielen industriellen Prozessen und kann nutzbringend eingesetzt werden, statt es an die Umwelt abzugeben.

Durch den hohen CO-Anteil kann das Gas direkt für viele Syntheseprozesse eingesetzt werden, ohne dass zuvor Wasserstoff abgetrennt werden muss. Es konkurriert deshalb mit dem sogenannten Partialoxidationsverfahren, das durch die Reaktion von Methan mit Sauerstoff ebenfalls hohe Kohlenmonoxid-Anteile erreicht. Der benötigt Rein-Sauerstoff muss bei dieser Variante aber mit hohem Energieaufwand hergestellt werden. Nicht zuletzt besitzt der Dry-Reforming-Prozess vor allem bei kleinen und mittelgroßen Anlagen relevante Kostenvorteile gegenüber der partiellen Oxidation.

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