NexPlas – NEXT GENERATION PLASMA CONVERSION: Integration von grünem Wasserstoff in die Plasma-Konversion von CO₂

Das Projekt NexPlas zielt auf die innovative Kombination eines Plasmaverfahrens mit einem Membranverfahren zur Synthese von höherwertigen Basischemikalien aus CO₂ und »grünem« Wasserstoff am Beispiel von Methanol ab.

Die zu erforschenden wissenschaftlich‑technischen Ziele sind die Erarbeitung der plasmaphysikalischen und -chemischen Grundlagen in einem CO₂/Wasserstoff‑Plasma, die materialwissenschaftlichen Herausforderungen der Entwicklung geeigneter Materialien, die anschließend zu Membranen verarbeitet werden, die Integration des Membranprozesses zur Entnahme überschüssigen Sauerstoffs in den Plasmareaktor und die gezielte Steuerung des Gesamtprozesses auf das Produkt Methanol sowie die im Stromnetz verfügbare (Überschuss-)Leistung.

Mit der Vor‑Ort-Produktion sowie der »On‑Demand«-Verfügbarkeit kann der grüne Wasserstoff in Form des flüssigen Methanols mit einer hohen Energiedichte und Produktsicherheit in eine bestehende Infrastruktur integriert werden. Das NexPlas‑Projekt steuert einen Baustein für die Machbarkeit der Energiewende und Wasserstoffwirtschaft bei.

Das Projekt NexPlas baut auf den Ergebnissen des Projektes PiCK auf. Durch den dort bereits etablierten Herstellungsprozess konnten verschiedene neue keramische Materialien zu gasdichten Hohlfasern verarbeitet werden. Darunter zählen verschiedene sogenannte Perowskite wie La_wCa_xCo_yFe_zO_3-δ (LCCF) mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, als auch Dual‑phase‑Materialien wie 40 wt% Ce_0,9Pr_0,1O_3-δ + 60 wt% La_0,5Sr_0,5Fe_0,9Cu_0,1O_3-δ. Ein Teil der Ergebnisse der O₂‑Permeationsmessungen ist in Abbildung 1 gezeigt.

Ein Schwerpunkt der Arbeiten am IGB liegt insbesondere in der Aufskalierung der einzelnen Prozessbereiche. Hierzu wurde der Herstellungsprozess (Nassspinnen und Sintern) soweit optimiert, dass mittlerweile 100 gasdichte Hohlfasern mit einer Länge von 34 cm pro Woche hergestellt werden können (Abb. 5-6). Des Weiteren wird an der Integration von Mehrfasermodul‑Systemen im Plasmabrenner geforscht, sodass eine größere Menge an Sauerstoff aus dem Plasma‑System ausgetragen werden kann (Abb. 4). Daher wurde ein eigener Mikrowellenplasma Reaktor am Fraunhofer IGB aufgebaut, wodurch die hergestellten Fasern sowohl als Einzelfasern (Abb. 2) als auch in Modulen (Abb. 3) im Plasma getestet werden können.