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Welche Rolle könnte Methanol als Energieträger und Plattformchemikalie der Zukunft spielen? Diese Frage hat Hans Jürgen Wernicke durch seine gesamte Berufslaufbahn begleitet – und auch beim DECHEMA-Kolloquium anlässlich seines 70. Geburtstages ist der Blick nicht nur auf den aktuellen Stand der Technik, gerichtet, sondern darüber hinaus auf die Einsatzmöglichkeiten von Methanol in der nahen und mittleren Zukunft. Wir sprachen mit dem früheren DECHEMA-Vorsitzenden darüber, was ihn an Methanol so fasziniert:

Dr. Hans Jürgen Wernicke

Herr Dr. Wernicke, welche Rolle hat Methanol in Ihrer Laufbahn gespielt?
Methanol hat mich über meine gesamte Berufslaufbahn begleitet. Bei Linde haben wir einen Reaktor entwickelt, der unter anderem für die stark exotherme Synthese von Methanol dient, bei der Süd-Chemie (heute Clariant) waren und sind  Methanolkatalysatoren ein wichtiger Teil des Geschäfts und wurden kontinuierlich verbessert  – ich war also immer in der einen oder anderen Weise mit Methanol befasst.

Wo sehen Sie die größten Potenziale für den Einsatz von Methanol in der nahen und in der mittleren Zukunft?
Das größte Potenzial sehe ich darin, CO2 zu recyceln und mit „grünem“ Elektrolysewasserstoff zu nachhaltigem Methanol umzusetzen. Methanol lässt sich vielseitig einsetzen, z.B. als hochoktaniger  Kraftstoffzusatz oder weiterverarbeitet  als Benzin oder Diesel. Über die in großem Maßstab realisierte  Herstellung von Olefinen aus Methanol lässt sich  die gesamte petrochemische Prozesskette  abbilden. Methanol könnte so wesentlich zum  Ersatz fossiler Rohstoffe beitragen. Die Handhabung von Methanol ist Stand der Technik, es  ist ein flüssiger Energieträger, für den, anders als z.B. bei  Wasserstoff oder den Ladestationen für Batterien, nicht in eine neue Infrastruktur investiert werden müsste. .

Warum werden diese Potenziale bisher nicht genutzt – welche technischen oder sonstigen Hürden stehen dem im Wege?
Da gibt es mehrere Gründe: Der zur CO2-Hydrierung benötigte Elektrolysewasserstoff –  insbesondere  aus regenerativen Energiequellen –  ist noch zu teuer. CO2 ist dagegen leicht abzutrennen und in großer Menge verfügbar, vor allem aus industriellen Quellen. Die zweite Hürde ist die generelle  Akzeptanz: Wenn die Öffentlichkeit überhaupt etwas über Methanol hört, dann als Giftstoff im Zusammenhang mit Schwarzbrennerei. Deshalb bestehen dort Vorbehalte. Technische Hürden sehe ich eigentlich nicht. In Island läuft seit 2012 eine Anlage, die „grünes“ Methanol aus CO2 und Wasserstoff produziert, der über Geothermie gewonnen wird. Seit 2015 produziert die Anlage 4000 t Methanol im Jahr, das als Benzinzusatz genutzt wird. Darüber hinaus laufen vielfältige Projekte im Rahmen von Kopernikus oder Carbon2Chem, um die technische Skalierbarkeit nachzuweisen und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Mehr zum Thema Methanol, seiner Herstellung und seinen Einsatzmöglichkeiten beim DECHEMA-Kolloquium am 4. Juli 2019 – melden Sie sich jetzt kostenfrei an!

Hans Jürgen Wernicke wurde 1949 geboren und trat nach dem Studium der Chemie und der Promotion an der Christian-Albrechts-Universität Kiel zunächst in die Linde Group ein, für die er acht Jahre lang in München und Südafrika tätig war. 1985 wechselte er zum Süd-Chemie Konzern, für den er unter anderem als Projektleiter in Südafrika und als Geschäftsbereichsleiter in den USA und in Deutschland arbeitete. Im Jahr 1997 wurde er in den Vorstand berufen und war von 2007 bis 2011 stellvertretender Vorstandsvorsitzender der Süd-Chemie AG. Seit 2011 ist Hans Jürgen Wernicke beratend tätig und u.a. in mehreren Aufsichtsräten vertreten. Neben zahlreichen ehrenamtlichen Aufgaben war er von 2009 bis 2012 Vorsitzender des DECHEMA e.V. und ist aktuell Vorsitzender des Stiftungsrates des DECHEMA-Forschungsinstituts. 2016 verlieh die DECHEMA ihm die Ehrenmitgliedschaft.

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Lightning_animation_-_NOAABrennstoffzellen sind die optimalen elektrochemischen Energiewandler: sie erzeugen aus wasserstoffhaltigen Medien Strom, Wärme und Wasser und arbeiten leise und emissionsarm. Im Blickpunkt eines aktuellen Projekts der industriellen Gemeinschaftsforschung steht die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) als Energielieferant für mobile, stationäre und portable Anwendungen. Auf dem Markt gibt es bereits Ladegeräte mit USB-Anschluss, mit denen die Betriebsdauer von GPS, Mobiltelefonen und MP3-Playern in Gegenden ohne Stromnetz verlängert werden kann. Auch in Wohnmobilen oder Booten kommen tragbare Ladegräte mit einer DMFC bereits zum Einsatz.

Als Brennstoff dient bei der DMFC Methanol, das an der Anode zu Kohlendioxid oxidiert wird. Oxidationsmittel ist der Luftsauerstoff, der an der Kathode zugeführt wird. Er reagiert mit Wasserstoff-Ionen und Elektronen zu Wasser. Die Leistungsdichte einer DMFC hängt sehr stark von den Betriebsbedingungen ab. Derzeit liegt diese zwischen 80-150 mW cm-2 bei Betriebstemperaturen zwischen 50-80°C und Atmosphärendruck. Bei höheren Temperaturen steigt die Leistung, allerdings müssen das Methanol und die Luft verdichtet werden. Dieses kostet zusätzlich Energie, erhöht die Betriebskosten und verschlechtert den Wirkungsgrad.

Wissenschaftler der Universität Stuttgart, dem Zentrum für Sonnenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg und des DECHEMA-Forschungsinstituts Frankfurt entwickeln neue Zell-Komponenten für einen Temperaturbereich von 100 – 150°C. Neue Membranen auf Basis von mikrophasenseparierten Block-Co-Polymeren, einem Gewebe zur mechanischen Verstärkung der Polymermembran, erhöhen die chemische, mechanische und thermische Stabilität und verringern die unerwünschte Diffusion von Methanol. Kombiniert mit leistungsfähigen Katalysatoren sowie optimierten Medienverteilerstrukturen sollen diese den Betrieb der Kathode bei Atmosphärendruck ermöglichen. Damit wird die DMFC zu einem attraktiven regenerativen System, das wetter- und zeit-unabhängig Strom liefern kann.

Mehr zum Projekt IGF 17955 Entwicklung neuartiger MEA Komponenten für MT DMFC, betrieben bei atmosphärischem Kathodendruck

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Autor: Patrick Schuster, http://blog.explore-house.eu
Bereits 1986 prognostizierte der Chemiker Friedrich Asinger in seinem Buch „Methanol: Chemie- und Energierohstoff“ dem bekannten Alkohol eine vielversprechende Zukunft. Heute ist das Thema aktueller denn je und entsprechend erscheint eine neue, stark erweiterte Auflage bei Springer. Aus diesem Anlass trafen sich rund 300 Interessierte am 13. Februar im DECHEMA-Haus Frankfurt zu einem Kolloquium über Methanol und sein Potential als Schlüsselkomponente im Energie- und Chemiebereich sowie als Alternative zu Öl und Gas.

Vergangenheit und Zukunft der Energieversorgung

Es ist und war schon immer schwierig die Zukunft vorherzusagen. Professor Heribert Offermanns, ehemaliger Manager der Degussa AG, und Wilhelm Keim, Emeritus der RWTH Aachen vereinten genug Lebenserfahrung, um dies den Hörern während ihrer Startvorträge glaubhaft zu machen. Sie berichteten von heute belächelten Fehleinschätzungen großer Innovationen wie Automobil, Flugzeug und Computer, von Erfindern wie Daimler, Wright und Watson. Vorhersagen zur langfristigen Verfügbarkeit von Energie und Rohstoffreserven schwankten in der Vergangenheit zwischen unbegrenztem Vertrauen und apokalyptischen Erwartungen. Neue Technologien und alternative Rohstoffquellen warfen frühere Konzepte stets um. Etwas sei jedoch gewiss, so Offermanns: Die bereits 1844 begonnenen Erdölbohrungen sind ein endliches Phänomen. Irgendwann wird es die letzte geben. Keim mahnte daher zum rechtzeitigen Handeln, damit Technologien oder Alternativen für morgen zur Verfügung stehen, wenn sie benötigt werden. So könnte das Ende des Erdölzeitalters der Beginn des Methanolzeitalters sein.

Methanol – Rohstoffliche und energetische Drehscheibe

Die Vielseitigkeit des Methanols wurden anschließend im wissenschaftlichen Part des Kolloquiums durch Dr. Hans-Jürgen Wernicke (ehemals Süd-Chemie Inc.), Professor Martin Bertau von der Technischen Universität Bergakademie Freiberg und Professor Friedrich Schmidt, Emeritus der Universität Hamburg, präsentiert. In seiner Verwendung überaus flexibel und hergestellt aus Synthesegas, also aus Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff aus regenerativen Quellen, gleicht das Methanol einer Drehscheibe: Je nach Bedarf ist es möglich verschiedene Verwertungskanäle anzusteuern.

Methanol ist ein C1-Rohstoff –bestehend aus einem Kohlenstoffatom. Ein kleiner Baustein aus dem größere Moleküle aufgebaut werden können. Eine Vielzahl an Herstellungswegen unterschiedlichster chemischer Erzeugnisse stellten die drei Experten vor: von Kunststoffen (MTP), über Olefine (MTO) bis hin zur Verwertung des Methanols als Kraftstoff (MTG) für Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen. Methanol hat somit das Potential in Zukunft im Mittelpunkt eines breiten Verwertungsprozesses zu stehen, wie ihn derzeit das Erdöl möglich macht.

Bisher verbrannte die Menschheit reduzierte Kohlenstoffe, die günstig auf der Erde zu bekommen sind. Als CO2 gelangte dieser Kohlenstoff in die Atmosphäre, wo ihn bisher nur die Natur wieder binden konnte. In ferner Zukunft werden wir mit der Natur um dieses Kohlenstoffdioxid konkurrieren, da es möglich und wirtschaftlich wird, den Kohlenstoff aus der Luft verwenden, um ihn in Form von Methanol zu speichern.

Warum Methanol – Ökonomie des Wandels

Während der Ausbau regenerativer Energiequellen vorangebracht wird, werden ausgereifte Speichertechnologien nicht genügend weiterentwickelt, so Dr. Ludolf Plass, Mitglied des Verwaltungsrates der Dechema und ehemaliger Vice President der Lurgi AG. Zur Speicherung von Strom, insbesondere von Überschussstrom, käme nur eine stoffliche Speicherung in Frage – durch Wasserstoff, Methan oder eben Methanol. Plass plädierte für eine bezahlbare Energiewende für Bevölkerung und Wirtschaft. Während Wasserstoff oder Methan nur kostspielig zum Einsatz kommen können, kann Methanol vorhandene Infrastruktur nutzen, verfügt über gute Lager- und Transporteigenschaften und lässt sich schon heute so wirtschaftlich produzieren wie Benzin.

Deutschland muss handeln

China hat das Potential von Methanol erkannt und erzeugt jährlich schon 31 Millionen Tonnen Methanol. Bis 2016 werden sie ihre Kapazitäten um weitere 20 Millionen ausbauen. Deutschland hingegen steht noch am Anfang der Energiespeicherung. In der abschließenden Podiumsdiskussion kritisierte ein Kolloquiumsteilnehmer: „Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat zu viele Richtungen grüner Technologie erforscht und die Politik hat es bisher verpasst eine politische Entscheidung zu treffen. Ein gefährliches Zögern, welches viel Geld kosten kann.“

Dieser Beitrag wurde mit freundlicher Genehmigung übernommen aus dem Webmagazin „Explore House“, http://blog.explore-house.eu

 

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