Methanol aus Luft – Sonne und Wind

Methanol aus Luft – Sonne und Wind – Die Energiewende steht vor einem scheinbaren Widerspruch: Ausgerechnet jene Regionen, die besonders viel Sonnenenergie und häufig auch günstige Windverhältnisse bieten, leiden vielfach unter Wasserknappheit.

Für die Produktion von grünem Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen kann das zum entscheidenden Problem werden. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zeigen nun einen möglichen Ausweg: Methanol könnte künftig mit Energie aus Sonne und Wind hergestellt werden – und das dafür benötigte Wasser kommt direkt aus der Luft.

Im Mittelpunkt steht das sogenannte Direct-Air-Capture-Verfahren, kurz DAC. Dabei wird nicht nur Kohlendioxid (CO₂) aus der Umgebungsluft abgeschieden. Bestimmte Sorptionsmaterialien nehmen gleichzeitig auch Wasser auf. Dieses Wasser, das bei konventionellen DAC-Verfahren eher als Nebenprodukt betrachtet wird, soll im Jülicher Konzept gezielt für die weitere Kraftstoffproduktion genutzt werden. Damit könnte eine Methanolanlage weitgehend unabhängig von lokalen Süßwasserressourcen betrieben werden.

Wasser aus der Luft statt aus Flüssen

Das Prinzip des vom Forschungszentrum Jülich entwickelten DryHy-Ansatzes besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Schritten. Zunächst werden CO₂ und Wasser mit Direct Air Capture aus der Umgebungsluft gewonnen. Anschließend werden beide Rohstoffe gemeinsam einer Hochtemperaturelektrolyse zugeführt. In sogenannten Solid Oxide Electrolysis Cells (SOEC) entsteht daraus ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

Dieses Synthesegas bildet schließlich die Grundlage für die Methanolsynthese. Unter hohem Druck und hohen Temperaturen wird es mithilfe eines Katalysators in Methanol umgewandelt. Der Vorteil: Methanol ist flüssig, lässt sich vergleichsweise einfach speichern und transportieren und kann damit als Energieträger über große Entfernungen genutzt werden.

Für die Energiebereitstellung kommen erneuerbare Quellen wie Photovoltaik und Windkraft infrage. Gerade sonnenreiche Regionen mit hoher Einstrahlung könnten damit zu Produktionsstandorten für synthetische Energieträger werden, ohne dass dafür große Mengen Trink- oder Bewässerungswasser benötigt werden.

Weltweit untersucht

Wie groß das Potenzial tatsächlich ist, haben die Jülicher Forscher gemeinsam mit Partnern in einer umfangreichen geografischen und technoökonomischen Analyse untersucht. Berücksichtigt wurden mehr als 20.000 Regionen in 78 Ländern, die künftig teilweise mit erheblichem Wasserstress rechnen müssen. Das Ergebnis ist bemerkenswert: In rund 97 Prozent der untersuchten Regionen reicht das aus der Umgebungsluft gewinnbare Wasser grundsätzlich aus, um die Produktion zu versorgen. Für die verbleibenden Regionen können Anpassungen bei Anlagenauslegung und Betriebsweise die Einschränkungen teilweise ausgleichen.

Allerdings ist die Technologie keineswegs kostenlos oder energetisch anspruchslos. Die Untersuchung zeigt, dass die Effizienz des Gesamtsystems je nach Standort zwischen rund 39 und 49 Prozent schwanken kann. Einen wesentlichen Einfluss haben dabei Temperatur und Luftfeuchtigkeit, weil diese Faktoren die Leistung und den Energiebedarf der Direct-Air-Capture-Anlage beeinflussen.

Methanol als Energieträger der Zukunft?

Methanol könnte dabei eine wichtige Rolle in einem künftigen Energiesystem übernehmen. Neben seiner etablierten Bedeutung als Grundstoff der chemischen Industrie wird es zunehmend als Energieträger interessant. Insbesondere die Schifffahrt beschäftigt sich intensiv mit Methanol als möglicher Alternative zu fossilen Kraftstoffen. Darüber hinaus kann Methanol als Transportmedium für Wasserstoff dienen: Die chemisch gebundene Energie lässt sich einfacher transportieren als reiner Wasserstoff.

Der Jülicher Ansatz geht deshalb über die reine Herstellung eines synthetischen Kraftstoffs hinaus. Er verbindet erneuerbare Energie, CO₂-Abscheidung und Wassergewinnung aus der Atmosphäre mit einer etablierten chemischen Produktionsroute. Genau diese Kombination könnte den Bau von Produktionsanlagen dort ermöglichen, wo erneuerbare Energie reichlich vorhanden, Wasser aber knapp ist.

Noch ist der Weg zur industriellen Großanlage allerdings weit. Das DryHy-Projekt verfolgt zunächst die Entwicklung und Demonstration der einzelnen Prozessschritte. Eine Demonstrationsanlage soll zeigen, wie sich Direct Air Capture, Hochtemperaturelektrolyse und Methanolsynthese effizient miteinander verbinden lassen. In einer früher beschriebenen Demonstrationskonfiguration ist eine Methanolproduktion von etwa sechs Kilogramm pro Stunde vorgesehen.

Ergo – Sollte sich das Konzept im größeren Maßstab wirtschaftlich umsetzen lassen, könnte daraus ein interessanter Baustein für die globale Energiewende werden: Sonne und Wind liefern die Energie, CO₂ und Wasser kommen aus der Luft – und am Ende entsteht ein flüssiger Energieträger, der sich speichern und transportieren lässt.