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Stromspeicherpotenziale für Deutschland 37
um die Methanisierung des CO-Anteils im Synthesegas, wogegen beim Power-to-Gas
Verfahren vornehmlich CO2 methanisiert werden soll.
Die wesentlichen Unterschiede zwischen der Methanisierung von Synthesegasen
und konzentriertem CO2 sind folgende:
Beim Synthesegas aus Vergasungsprozessen handelt es sich in der Regel um ein
Gemisch aus mehreren Komponenten (CO, CO2, H2, H2O, CH4 und höhere
Kohlenwasserstoffe). Für die Hydrierung der Kohlenoxide reicht der H2-Gehalt im
Synthesegas aus der Kohlevergasung nicht aus. Deshalb gibt es meist eine sog. Shift-
Stufe, die CO mit H2O in H2 und CO2 wandelt. Damit steigt natürlich auch der CO2-
Gehalt. Zur Einstellung der Stöchiometrie für die unten stehende CO-Methanisierung
muss überschüssiges CO2 aus dem Synthesegas vor oder nach der CO-Methanisierung
abgetrennt werden.
CO + 3H2 � CH4 + H2O
Unter Verwendung eines Katalysators lässt sich die CO-Methanisierung als sehr selektiv
und mit hohen Reaktionsgeschwindigkeiten durchführen. Deshalb wird hier bevorzugt das
CO methanisiert und nicht das CO2 welches auch im Synthesegas vorhanden ist.
Die Methanisierung von CO2 nach untenstehender Reaktionsgleichung
unterscheidet sich von der CO-Methanisierung durch geringere Reaktionsgeschwindigkeit
und eine starke Gleichgewichtsverschiebung durch entstehendes Produktwasser (doppelte
Menge an H2O im Vergleich zur CO-Methanisierung). Dennoch liegt der Fokus beim
Power-to-Gas Verfahren wegen der besseren Verfügbarkeit auf CO2. Während CO bei
Prozessen unter Sauerstoffmangel gebildet wird, entsteht CO2 bei optimaler
Betriebsführung von bspw. Kraftwerken und ist damit in großer Menge verfügbar (siehe
Abschnitt 4.4).
CO2 + 4H2 � CH4 + 2H2O
Für die Reaktionsführung hat das gegenüber der CO-Methanisierung weitreichende
Konsequenzen. Um gute Reaktionsraten zu erzielen sind hier mindestens zwei Reaktoren
oder Reaktorstufen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erforderlich.
Das am ZSW entwickelte Methanisierungs-Verfahren für CO2, bzw. für Gase mit
einem hohen CO2-Anteil (bspw. Roh-Biogas) ist nicht Stand der Technik und wird im
Rahmen mehrerer Vorhaben auf den anvisierten Leistungsbereich zukünftiger Power-to-
Gas Anlagen (10 – 20 MWel) skaliert werden. Voraussichtlich wird im Jahr 2013 der
Prototyp einer kommerziellen 6 MWel-Anlage ans Netz gehen und ab 2015 wird der
Markteintritt erwartet.