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Herstellung von Methanol

Erstellt am: 07.03.2010 | Stand des Wissens: 22.02.2023
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Methanol wurde bereits im 17. Jahrhundert durch trockene Destillation (dem Erhitzen unter Luftabschluss) hergestellt, woher auch die Bezeichnung Holzgeist stammt [Watt22]. Heute erfolgt die Herstellung von Methanol in der Regel auf Basis von fossilen Rohstoffen wie Erdgas und Kohle oder aus Synthesegas, wobei Nebenprodukte wie Ethanol und Dimethylether anfallen [Watt22, S. 277]. Bei der Nutzung von Biomasse wird unterschieden zwischen einer möglichen Methanolsynthese aus thermo-chemischer Vergasung biogener Festbrennstoffe oder einer Methanolsynthese aus Biomethan (bio-chemisch erzeugt), wobei durch letztere einige aufwendige Aufbereitungsschritte entfallen [KaHa16, S.1156]. Darüber hinaus kann Methanol erneuerbar über die Methanolysnthese aus Wasserstoff hergestellt werden. Dieser Prozess gehört zu den Power-to-X (PtX) und wird im Synthesebericht Strombasierte synthetische Kraftstoffe erläutert. Auch denkbar ist eine Herstellung auf Basis der Elektrolyse, bei der Kohlendioxid und Wasser Methanol erzeugen. Dies befindet sich derzeit jedoch noch in der Entwicklung [Bull10].
Die Herstellung des Methanols aus Erdgas (oder Biogas) basiert auf den folgenden Verfahrensschritten [Chem22b]:
  1. Reinigung des Ausgangsstoffs (zum Beispiel Erdgas und Wasser): Entfernung aller Bestandteile, die den Katalysator für die Reaktion zerstören könnten
  2. Reformierung: Prozess der Umwandlung von Methan (CH4) und Wasserdampf (H2O) zu Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (3H2). Das Kohlenstoffmonoxid reagiert danach gemäß der Wassergas-Shift-Reaktion weiter mit Wasserdampf, weshalb sich zusätzlich auch Kohlenstoffdioxid (CO2) bildet [CH4 + H2O --> CO + 3H2 & CO + H2O --> CO2 + H2]
  3. Methanol Synthese: Umkehrung der Konvertierung von Kohlenmonoxid beziehungsweise Gleichgewicht (Wassergasgleichgewicht), welches bei hohen Temperaturen auf der rechten Seite liegt. [CO + 2H2 --> CH3OH & CO2 + 3H2 --> CH3OH + H2O]
Die Herstellungsverfahren von Methanol werden derzeit durch den Reaktionsdruck unterschieden. Es existieren die folgenden drei Arten [Watt22, S. 277]:
Hochdruckverfahren (bei 250-250 bar und 320-380 Grad Celsius)
Mitteldruckverfahren (bei 100-250 bar und 220-300 Grad Celsius)
Niederdruckverfahren (bei 50-100 bar und 200-300 Grad Celsius)
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Methanol (Stand des Wissens: 15.03.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?304384
Literatur
[Bull10] Bullis, Kevin Methanol statt Wasserstoff: Vergessen wir Wasserstoff, meint der Chemie-Nobelpreisträger George Olah, Methanol sei die Lösung aller Energieprobleme., 2010/03
[Chem22b] Chemie Lexikon (Hrsg.) Methanol, 2022
[KaHa16] Kaltschmitt, Martin , Hartmann, Hans , Hofbauer, Hermann (Hrsg.) Energie aus Biomasse, 2016
[Watt22] Watter, Holger (Hrsg.) Regenerative Energiesysteme, 2022
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jedes chemische Element, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff, um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an Verbrennungsprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), es gibt ihn aber auch in dreiatomiger Form (O3,) besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
Biomasse Biomasse umfasst:
  • Reststoffe wie z.B. Restholz, organische Abfälle (Biomüll, Gülle etc.), Stroh sowie
  • Energiepflanzen wie z.B. Raps, schnell wachsende Baumarten, Energiegetreide, Miscanthus.
CH4
= Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.)
Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
CH3OH = Methanol. Ist eine farblose, brennend schmeckende, giftige, bei Einnahme durch den Menschen zur Erblindung oder zum Tod fuehrende, leicht brennbare und sehr fluechtige Fluessigkeit. Methanol verbrennt mit blauer, fast unsichtbarer Flamme und bildet mit Luft explosionsfaehige Gemische. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Fruechten, Graesern und in aetherischen Oelen vor. Methanol ist eines der wichtigsten Ausgangsstoffe fuer Synthesen in der chemischen Industrie. Methanol ist giftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und spaeter zu Ameisensaeure.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
Power-to-X
Power-to-X ist ein Oberbegriff für verschiedene technologische Verfahren, bei denen elektrische Energie in chemische Energie oder in Wärme umgewandelt wird. Dies ermöglicht eine Speicherung und anderweitigen Nutzung von Stromüberschüssen in Zeiten eines Überangebotes variabler erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?290678

Gedruckt am Montag, 15. Juli 2024 13:03:52