Sabatier-Prozess

Der Sabatier-Prozess oder sterben Sabatier-Reaktion , benannt nach DM Französischer Chemiker Paul Sabatier und von dieser 1902 mit Jean Baptiste Senderens erfunden, [1] [2] [3] beschreibt Eine chemische Reaktion , bei der Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff in Methan und Wasser umgewandelt waren.

Reaktion

Die Reaktion Wird Durch følgende Reaktionsgleichungen [4] beschrieben:

{\ Anzeigeart \ mathrm {CO + 3 \; H_ {2} \ rechten Pfeil CH_ {4} + H_ {2} O} \ qquad \ Delta H ^ {0} = – 206 {,} 2 \, \ mathrm {kJ / Maulwurf}}.
{\ Anzeigeart \ mathrm {CO-, {2} + 4 \; H_ {2} \ rechten Pfeil CH_ {4} + 2 \; H_ {2} O} \ qquad \ Delta H ^ {0} = – 165 {,} 0 \, \ mathrm {kJ / mol}}.

Diese Reaktion führt zu starker Exothermie: Pro Volumen-% CO 2 trägt diese Temperaturerhöhung 60 K (erster Fall).

Bei erhöhter Temperatur und Druck unter erhöhtem läuft verwendung Eines der Reaktion Nickel – Katalysatoren AB, effektiver ist verwendung von sterben Ruthenium Auf einem Aluminiumoxid -Substrat. Oft bin also eine Sabatier-Prozess in verbindung mit Einer Wasserstoff-Elektrolyse -relevante, da ich so Methan und Sauerstoff erzeugen Schweißen (siehe Power-to-Gas ).

Diese Reaktionsgleichung lautet dann

{\ Anzeigeart \ mathrm {CO-, {2} + 4 \; H_ {2} \ rechten Pfeil CH_ {4} + 2 \; H_ {2} O \ rechten Pfeil CH_ {4} + O- {2} + 2 \; H_ { 2}}}.

Frühe Geschichte

Die Bildung von Methan aus Kohlendioxid-Kohlenmonoxid-Wasser-Lack Chen Profilierung mittels elektrischer Entladung Entdeckte 1872 Brodie. Diese katalytische umwandlung fanden 1902 Sabatier und Senderens, welche Auch viele andere katalytische Hydrierungen entwickelten (Sabatier Erhielt Dafür den Nobelpreis). Erste Patente erhalten HS Ellworthy und HW Williamson 1904-1905 (England und Deutschland) und die Ersten Versuche von Industrie umsetzung unternimmt Mann in England im Jahr 1909 bis 1911 bei dem Stadtgas -Reinigung (Cedford-Prozess, das damals aber nicht zu Industrie Zähler Reif gelangt) .

Lebenserhaltende Systeme von Raumfahrzeugen und Raumstationen

Zurzeit Wird auf die Länderraumstation Sauerstoff aus der von Wasser – Elektrolyse gewonnen. Hierbei Wird der Wasserstoff ins All überschüssige Entlassen. Bei DM Verbrauch von Sauerstoffes Wurde Durch Die Astronauts Kohlenstoffdioxid frei, Welche chemischen gebunden, und so Werden DM Prozess entnommen. This Lösung setzt voraus, that Regelmässig Relativ- große ein Wasser zur ISS Misch transportiert wurden, WELCHE Dann zur Sauerstoffgewinnung, aber Auch für den verzehr, Hygiene und Weiteres used waren. Bei der Planung Zukünftige, Längeren Missionen und zur Verringerung von Wasserbedarf waren Alternativen zu DM Konzept bisherigen unter sucht.

Beispielsweise erforscht die NASA Zurzeit die anwendung der Sabatier-Reaktion, um in DM das Wasser ausgeatmeten „Wasserdampf“ zurückzugewinnen. Ferner soll das CO 2 mit H 2 2 (H 2 aus der Elektrolyse, die von Solarstrom Wird Schnalle erfordert) Wasser zu reagieren, Wobei, ungewollt, Methan (CH 4 ) entsteht. Dieses zusätzliche Produkt wäre mutmaßlich in allen Noten. Da stirbt Hälfte des benötigten Wasserstoff in Formular von Methan verlorengehen Würde, Müssen hydrogen wurden regelmäßige Abstände nachgeliefert. Dennoch , so Würde der Kreislauf deutlich besser und geschlossen entsprechend wenig Wasserstoff im Vergleich zum bisherigen Prozess, used das Wasser Deutlich schwereren des, benötigt.

Die Reaktionsgleichungen des Prozesses fragen, wer folgt:

{\ Anzeigeart \ mathrm {2 \; H_ {2} O \ rechten Pfeil O- {2} + 2 \; H_ {2} \ Pfeil nach rechts (Atmung) \ rechten Pfeil CO-, {2} + 2 \; H_ {2} + 2 \ ; H_ {2} (hinzugef {\ DDOT {u}} gt) \ rechten Pfeil 2 \; H_ {O} 2 + {4} CH_ (entnommen)}}

Diese Bosch-Reaktion , gut in der richtigen Art und Weise

{\ Anzeigeart \ mathrm {CO-, {2} + 2 \; H_ {2} \ rechten Pfeil C + 2 \; H_ {2} O}, \ qquad \ Delta H ^ {0} = – 178 {,} 3 \, \ mathrm {kJ / mol}}

Wasser erzeugt, wird auch für die beschriftete Anwendung gesucht. Das Abscheidung von festen Kohlenstoff Auf dem Katalysator bereitet Zurzeit jedoch noch Probleme, da Durch die this Effektiver Fläche des Catalysts herabgesetzt Werden.

Restaurierung des Raketentirebs am März

Der Sabatier-Prozess Mit nachgeschalteter Elektrolyse von Wäschern (s. O.) Wird zu Kostenreduzierung als entscheidenden Faktor bei (Personalmustern) Mars Missionen identifiziert. Hierbei Wird Durch nutzung des vor Ort vorhandene Ressourcen (In-Situ Ressourcenauslastung) Raketentreibstoff in Formular von Methan und Sauerstoff produziert und eingelagert. Verbraucht waren der von der Erde mitgebrachte hydrogen Eulen Kohlenstoffdioxid, Höhle Welches Haupt bestandteil der Marsatmosphäre Bildet. Das stöchiometrische Mischung der Treibstoffkomponenten liegt bei 3,5: 1 (Massenanteile) Methan zu Sauerstoff, Wobei Durch den Prozess einfachen Sabatier-lediglich ein Wert von 2: 1 erreicht Wird. Um sterben zu Sauerstoffausbeute erhöhen, bietet es BCVI ein, addition die Wassergas-Umschalt-Reaktion in umgekehrter Reihenfolge ablaufen zu Schweißen, Wobei sich folgende Reaktionsgleichung ergibt

{\ displaystyle \ mathrm {3 \; CO_ {2} +6 \; H_ {2} \ rightarrow CH_ {4} +2 \; CO + 4 \; H_ {2} O}}.

Diese Reaktion ist exotherm, und durch Elektrolyse des Wassers wird ein geringer Mischungsverhältnis von 4: 1 (leichter Sauerstoffüberschuss) erreicht. Alternativ stellt sich bei der Sabatier-Reaktion Methan teilweise pyrolyisieren (siehe vorheriger Abschnitt). Der entstehende Wasserstoff könnte im Sabatier-Reaktor verdorben sein, um das erwartete Produktmengen-Verhältnis zu erreichen.

Zur praktischen Durchführung ist es gepflanzt, im Zuge eines Hungers, unbemannte Mission eines Reaktors zum Verkehr zu stellen, der als Treibstoff wiederersteht. Nur so kann man eine bemannte Expeditionsmission auf dem Mars finden und für den Rückflug genutzt werden. Es konnte nicht zufriedengestellt werden. Dies ist zum Beispiel möglich, wenn die Gletscher geschwollen sind.

Umwandlung von Strom

→ Hauptartikel : EE-Gas

Ein neuer Ansatz ist umwandlung von Strom zu synthetischem Erdgas sterben. Wird dabei mit überschüssigem Strom zunächst Durch hydrogen Elektrolysen mit Einem mit Wirkungsgrad von 57 bis 73 Prozent Erzeugt. Mit Dem Sabatier-Prozess und Wasserstoff Wird anschließend zu Kohlenstoffdioxid Methan umgewandelt, Wobei das Methan (CH 4 ) oder vor Ort in Gespeichert Erdgasleitungen eingespeist in Grossen und Erdgasspeichern zwischengelagert waren Kann. Beim Verbrennen in dem z. Z. (2011) modernen Gasturbinen – Dienste SGT5-8000H , ist der mit Wirkungsgrad 60,3% SOMIT und der VERLUST in diesem Prozessabschnitt 39,7%. [5]

Ein vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Stuttgart und DM Fraunhofer – Institut für Windenergie und Energie System Technik (IWES) in Kassel entwickelt und unter Beteiligung von Solar Fuel GmbH errichtete Demonstrationsanlage mit Einer elektrischen Anschlussleistung von 25 Kilowatt verwirrte seit 2009 bin ZSW in Betrieb. CO 2 -Quelle verwechselt hierbei welche Umgebungsluft. In Einem Container transportabel aufgebaute Anlage für Würde Anfangs 2011 Längere Zeit Auch am CO 2 -Abluftstrom von Biogasaufbereitung Biogasanlasanlage Einer der EWE AG in Werlte Eulen am Rohbiogasstrom Einer der BiogasanlageEnergiewirtschaft Morbach betreiben. Der Nachweis der Erzeugung einge Ein DVGW -konformen Erdgassubstitutes Wird in allen gefallenen erbracht.

Im Rahmen des anschließenden, vom 1. April 2011 bis 31. März 2014 laufenden, vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktor geförderten Verbundprojektes Power-to-Gas im Oktober 2012 Wurde in Stuttgart vom ZSW unter Beteiligung von IWES and a 250-kW Solar Fuel -Forschungsanlage im Betrieb genommen. In ihr soll insbesondere die waren zur Anlagentechnik Schnellen dynamische erprobt chen Regelung , dass Sinn Für den Einsatz Einer fulling solchen Anlage zur Kompensation von Stromerzeugungsschwankungen der Photovoltaik und Windenergie erforderlich Wir ist. Mit dieser Anlage ist es sehr sauber, die Vorstufe zur industriellen Nutzung ist drauf. Bei Anlagengrößen between 20 und ein Megawatt Wird eine wirtschaft licher Betrieb Erwartet. Soul of Projects ist, dass Grundlagen für die Inbetriebnahme eines ersten von AudiErzeugung von zur Gas für Kraftfahrzeuge genutzten 6-Megawatt-Pilotanlage am Standort der Biogasanlage Werlte von Projektpartner EWE Kauf nähern errichtung Durch Solar Fuel hat BEREITS gestartet. Gas Das wird über das Erdgasnetz zu den Gastank Paare Öffentliche geführt wurden, für den Strom aus Erneuerbarer Energie investiert Audi addition vier Windkraftanlagen im Offshore – Windpark Riffgat . [6] [7] [8] [9]

Siehe auch

  • Methanisierung
  • Fischer-Tropsch-Synthese

Weblinks

  • NASA Seite zum Thema
  • NASA Seite zur Sauerstoffproduktion
  • Entwicklung eines verbesserten Sabatier-Reaktors
  • Verbesserung der Sabatier-Reaktion für In-Situ-Anwendungen auf Mars-Missionen (PDF-Datei, 1.09 MB)
  • Energielandschaft Morbach

Quellen

  1. Hochsingen↑ zum Beispiel Georg Somló Über wer Reduktion von Kohlenoxyd zu Methan , Dissertation ETH Zürich, 1945, pdf
  2. Hochspringen↑ Sabatier La katalysis und chimie organique , 1913, S. 66. Sabatier erhählt auch für 1913 ein Deutsches Reichspatent.
  3. Hochspringen↑ Sabatier, Senderens Compte Rendu Acad. Sci., Bd. 134, 1902, S. 689.
  4. Hochspringen↑ K. Büker: Nutzung von CO 2 in fossilen Energieumwandlungsskreisläufen. In: ThyssenKrupp 13. Brandenburger Energietag. Abgerufen am 5. Juli 2012 (PDF, 1,4 MB).
  5. Hochspringen↑ Matthias Brake: Erdgasleitungen als Speicher für Windenergie. In: Telepolis. Abgerufen am 18. April 2011 .
  6. Hochspringen↑ SSW (Hrsg.), Fraunhofer IWES (Hrsg.), SolarFuel GmbH (Hrsg.): Verbundprojekt „Power-to-Gas“ (PDF; 115 kB).
  7. Hochspringen↑ ZSW (Hrsg), Fraunhofer IWES (Hrsg.), Solar Fuel GmbH (Hrsg.): Weltweit grösste Power-to-Gas-Anlage zur Methan-Erzeugung einge geht in Betrieb: Vorstufe für sterben industrielle anwendung erreicht – Presseinformation, 30. Oktober 2012.
  8. Hochspringen↑ Werlte: Audi startet mit Bau einer Methanisierungsanlage. In: Neue Osnabrücker Zeitung (27. Juli 2012).
  9. Hochspringen↑ Jürgen Pander: Audi Balanced Mobility: Ein Auto-Reparateur als Öko-Aktivist. In: Mirror-Online (13. Mai 2011).

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