Sonnenlicht produziert synthetisches Erdgas

Versuchsfeld mit Reaktoren zur Gewinnung von Methan (Foto: u-tokyo.ac.jp)

Tokio (pte003/18.12.2023/06:10) - Normalerweise erschließt die Inpex Corporation ( https://www.inpex.co.jp/english/ ) Erdgas- und Erdölfelder. Künftig will sie einen Teil des Methanbedarfs allein mithilfe von Solarenergie erzeugen. Gemeinsam mit Forschern der Universität Tokio ( https://www.u-tokyo.ac.jp/en/ ) und anderen Institutionen in Japan hat Inpex ein Verfahren zur zweistufigen Methanproduktion aus Wasser und CO2 entwickelt.

Fotokatalytische Wasserspaltung

Im ersten Schritt wird ein Reaktor eingesetzt, dessen Innenwände mit einem Fotokatalysator beschichtet und mit Wasser gefüllt sind. Durch ein Fenster in der Außenhülle können sichtbares und ultraviolettes Licht ins Innere gelangen. Als Katalysator haben die Forscher Strontiumtitanat gewählt, das sie mit Aluminiumatomen dotierten - bei diesem Prozess werden wenige Aluminiumatome in das Strontiumtitanat hineingeschossen. Katalysator und Sonnenenergie sorgen im Verbund dafür, dass das Wasser in seine Bestandteile - Wasser- und Sauerstoff - aufgespalten und getrennt gesammelt werden.

Der Wasserstoff strömt gemeinsam mit CO2, das aus der Luft abgeschieden wird, in eine Methanisierungsanlage mit zwei Reaktoren, die mit einem Katalysator auf Nickelbasis ausgerüstet sind. Das Gasgemisch wird elektrisch auf 200 bis 280 Grad Celsius aufgeheizt, was auch mit solarer Wärme möglich ist. Die im Vergleich zu anderen Methanisierungstechniken niedrigen Temperaturen reichen im Verbund mit dem Katalysator aus, um die beiden Gase zu Methan zu verschmelzen, dem Hauptbestandteil von Erdgas. Das bei diesem Prozessschritt entstehende Wasser wird wieder in die Spaltanlage geleitet, sodass der Prozess von vorne beginnen kann.

Effizienz ist noch zu verbessern

Die Entwickler haben eine ganze Reihe von Reaktoren gebaut und diese auf einer 130 Quadratmeter großen Freifläche verteilt. Sie waren drei Tage lang kontinuierlich in Betrieb. Über die Produktionsmengen schweigen sich die Forscher aus - offensichtlich weil der Wirkungsgrad noch nicht ausreicht. "Die Effizienz muss noch verbessert werden", sagen die Forscher zuversichtlich. Der Prototyp könnte dazu beitragen, den Weg zum Ersatz von nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen zu ebnen.

Methan lässt sich zum Heizen, als Treibstoff für Fahrzeuge und als Rohstoff in der chemischen Industrie nutzen, etwa zur Herstellung von Kunststoffen. Da das verwendete CO2 zuvor der Luft entnommen worden ist, ist die Nutzung des Methans umweltneutral. Werden daraus langlebige Produkte hergestellt, wird die Klimagaskonzentration in der Luft sogar niedriger.

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