Für die Chemieindustrie ist Synthesegas ein essenzieller Rohstoff. Mit den darin enthaltenen Gasen Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO) lassen sich wichtige Grundchemikalien wie Methanol, Essigsäure oder Ethylenglykol (MEG) sowie Diesel, Benzin und andere Treibstoffe synthetisch herstellen. Synthesegas wird vor allem über die sogenannte Dampfreformierung produziert – auch Steam Reforming genannt. Der konventionelle Prozess benötigt allerdings große Mengen Wasserdampf. „Dieser wird zwar teilweise gemeinsam mit dem eingesetzten Erdgas und mithilfe eines Katalysators in H₂ und CO umgewandelt, jedoch schlägt sich der überschüssige Wasserdampf in der Energiebilanz einer Steam Reforming-Anlage deutlich nieder“, erklärt Thomas Bartesch, Prozessingenieur für Wasserstoff und Synthesegas-Anlagen bei Linde Engineering. „Deswegen haben wir nach Ansatzpunkten gesucht, um das Verhältnis von Wasserdampf zu Kohlenstoff verringern zu können. Wir wollten erreichen, dass weniger Dampf notwendig ist, um ein CO-haltiges Synthesegas zu gewinnen.“ Denn für die Produktion von zum Beispiel Essigsäure ist ein höherer CO-Anteil nötig.

Den Wasserdampf zu reduzieren, war allerdings kein einfaches Unterfangen. Der Grund: Die bislang eingesetzten Katalysatoren vertragen diese Anpassung nicht. Auf ihren Oberflächen bilden sich Kohlenstoffablagerungen, die schließlich die Schlüsselreaktion blockieren, sprich die Umsetzung von Erdgas und Wasserdampf zu Synthesegas. Um dieses Problem zu lösen und die Dampfreformierung auch insgesamt zu verbessern und effizienter zu machen, schlossen sich die Anlagenbau-Spezialisten von Linde Engineering mit den Katalysator-Experten des Chemiekonzerns BASF zusammen. Ebenfalls beteiligten sich renommierte akademische Partner wie das Karlsruher Institut für Technologie, die Technische Universität München, die Universität Leipzig und das DECHEMA Forschungsinstitut.

„Basierend auf BASFs starker Expertise in der Katalyse-Forschung und den herausragenden Screening-Kompetenzen von BASFs Tochtergesellschaft hte^® konnten wir einen innovativen Katalysator genau für diesen Zweck entwickeln“, erklärt Virginie Lanver, Projektmanagerin bei BASF für die Entwicklung neuer Prozesskatalysatoren. Dieser basiert wie die bisherigen konventionellen Katalysatoren auf Nickel. „Allerdings haben wir die Kristallstruktur und die genaue Zusammensetzung des Katalysators so optimiert, dass die Rußbildung an den Oberflächen bei trockeneren Bedingungen durch eine Art Selbstheilungsprozess unterdrückt wird“, sagt Lanver. „Dies ermöglicht, dass der Katalysator auch bei niedrigen Verhältnissen von Wasserdampf zu Kohlenstoff aktiv bleibt.“

„Gleichzeitig hilft uns der geringere Anteil an Wasserdampf auch anteilig mehr CO im Synthesegas zu erzeugen – und so das vom Kunden gewünschte Gaseverhältnis einzustellen“, sagt Bartesch. Bei diesem Verfahrensschritt kommt ein weiterer Vorteil der DRYREF-Technologie zum Tragen: Die CO2-Emissionen lassen sich dank der höheren Energieeffizienz des Prozesses senken. Weiterhin lässt sich Kohlendioxid wiederverwerten. „Dadurch haben wir eine sekundäre Option, die Kohlenstoffbilanz zu verringern“, sagt der Linde-Experte. „Es ist sogar möglich, CO2 aus anderen Prozessen für DRYREF zu nutzen“, fügt Bartesch hinzu. Berücksichtigt man diesen sogenannten CO2-Import, so sind die Kostenvorteile von DRYREF gegenüber konventionellen Verfahren sogar noch ausgeprägter. Für das oben erwähnte Beispiel einer 50.000 Normkubikmeter pro Stunde Synthesegasanlage bedeutet dies: In den ersten fünf Betriebsjahren sparen DRYREF-Anlagen sogar bis zu zwanzig Millionen Dollar an Betriebskosten – verglichen mit einer konventionellen Anlage.