SI/502228

Schlussbericht

Das Ziel des Projekts ist die Hochskalierung und Industrialisierung eines neuen Methanisierungsreaktors mit hoher Effizienz. Die Zielgröße des zu entwickelnden Methanisierungsreaktors beträgt 16 kg CH4/h. Es handelt sich um die dritte Iteration eines seit 2016 am Laboratoire des Matériaux pour les Énergies Renouvelables (LMER) der EPFL Valais / Wallis initiierten Entwicklungsprozesses. Der erste Prototyp verfügt über eine Kapazität von 0,1 kg CH4/h und wurde innerhalb eines technologischen Demonstrators der EPFL betrieben. Der zweite Prototyp wurde gemeinsam von Gaznat und der EPFL im Rahmen eines Innosuisse-Projekts entwickelt; er hat eine Kapazität von 0,7 kg CH4/h und ist in eine bestehende Druckreduktions- und Messstation integriert, die von Gaznat betrieben wird. Zur Erinnerung, die Schritte, die Teil des laufenden Projekts sind, umfassen: (1) die Skalierung auf eine Kapazität von 16 kg CH4/h, was einer Leistung von 225 kW bezogen auf den oberen Heizwert von Methan entspricht; (2) die Entwicklung einer Synthesemethode und die Optimierung der Katalysatorzusammensetzung sowie; (3) die Zertifizierung des Systems gemäß allen relevanten Anforderungen mit dem Ziel, den Weg für die Kommerzialisierung der Technologie zu ebnen. Der neu entwickelte Reaktor ist Teil des GreenGas-Projekts, das von Gaznat an seinem Standort in Aigle durchgeführt wird. Das Projekt besteht aus einem neuen Energiekonzept, um den Bedarf des Standorts zu decken, aber auch um CO2-neutrales Synthesegas aus Photovoltaikstrom zu erzeugen. Es wird eine Power-to-Gas-Anlage entwickelt, die aus einem Elektrolyseur und dem Reaktor (Gegenstand des vorliegenden Berichts) besteht. Ebenso ist die Abscheidung von CO2 durch innovative Graphenmembranen ein integraler Bestandteil des GreenGas-Projekts. Stand des Projekts und Perspektiven: Nach dem Abschluss der detaillierten Auslegungs- und Konstruktionsphase wurden sämtliche mechanischen, hydraulischen, elektrischen und Automatisierungskomponenten im August 2023 gefertigt, zusammengebaut und am Standort Aigle installiert. Die ersten Testkampagnen wurden im Oktober 2023 erfolgreich durchgeführt. Die durchgeführten Tests ermöglichten die Validierung mehrerer grundlegender Aspekte des Systems: • Ein stabiler Betrieb der Regelung wurde erreicht (Druck: 10 bar, optimale Temperatur: 250–300 °C, kontrollierter H2-Durchfluss zwischen 2 und 8 kg/h) sowie ein schneller Kaltstart des Reaktors innerhalb von 90 Minuten. • Der entwickelte Katalysator (0,8 Gew.-% Ru / 99,2 % Al2O3) zeigte bei 235 °C und 1 bar einer aktivität von 0,17 μmol CH4 / g?Kat.? / s und behielt seine Leistung auch nach 400 Stunden kontinuierlichen Betriebs bei. • Die Versuche am großtechnischen Reaktor ergaben eine maximale CO2-Umwandlung von 60%, die aufgrund eines mechanischen Fehlers, welcher den Gasdurchsatz durch das Katalysatorbett einschränkte, unter dem Zielwert blieb. • Die Produktionskosten des synthetischen Methans hängen hauptsächlich von der Energiequelle und dem Strompreis für die Elektrolyse des Wasserstoffs ab. Je nach Art der eingesetzten Energie variiert der Preis zwischen 1,53 und 13,45 CHF·kg?¹ CH4. • Die vollständige Zertifizierung, einschließlich der CE-Konformität von Konstruktion und Herstellung, bestätigt die technische Reife und Marktfähigkeit des Systems. Darüber hinaus ermöglichten diese Tests auch die Identifizierung bestimmter notwendiger Optimierungen auf Ebene der mechanischen Konstruktion und der Fertigungsprozesse, um maximale Zuverlässigkeit unter langfristigen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse befindet sich derzeit eine Phase der Modifikation und Verfeinerung des Reaktors in Arbeit. Eine neue, optimierte Version des Systems wird in Kürze eingesetzt, um eine zweite Testreihe durchzuführen, mit den Zielen: • Endgültige Validierung der Langzeitleistung; • Detaillierte Analyse der Produktions- und Betriebskosten; • Vorbereitung der Standardisierungs-, Zertifizierungs- und behördlichen Zulassungsverfahren; • Bewertung der Zielmärkte, insbesondere für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energiespeicherung, Power-to-Gas und industrielle CO2-Verwertung. Die bisher erzielten Ergebnisse lassen auf ein technologisches und wirtschaftliches Potenzial der entwickelten Lösung schließen. Das Konsortium bleibt voll engagiert, um die Fortsetzung des Projekts bis zur Industrialisierung und mittelfristigen Kommerzialisierung sicherzustellen.