Die Hochschule Düsseldorf unterstützt ihre Forscher*innen bereits seit vielen Jahren neben einer intensiven Beratung zum Zugang zu nationalen wie internationalen Förderprogrammen darüber hinaus auch mit internen Fördermitteln – der Hochschulinternen Forschungsförderung (HiFF). Diese stellt Mittel bereit, um interne Forschungsprojekte über einen Zeitraum von bis zu anderthalb Jahren zu fördern. Für den Förderzeitraum 2024/2025 wurden sechs innovative Projekte aus verschiedenen Fachbereichen ausgewählt (siehe auch hier), die wir in unregelmäßigen Abständen in den kommenden Wochen vorstellen.
Den Auftakt macht Prof. Dr. Stefan Kaluza mit seinem Projekt „DynaMeth – Untersuchung der Ni-katalysierten Methanisierung von CO2 unter dynamischen Bedingungen“
Können Sie uns kurz erklären, worum es in Ihrem Projekt genau geht?
Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, zwei entscheidende Strategien für eine nachhaltige Energiezukunft zu verknüpfen: Einerseits die Dekarbonisierung, also Reduktion und Wiederverwendung von CO2, sowie andererseits die chemische Energiespeicherung mithilfe von regenerativ erzeugtem Wasserstoff (Power-to-X) in einem gemeinsamen Molekül – Methan (CH4). Methan kann wiederum nahezu unbegrenzt in die vorhandene Erdgasinfrastruktur eingespeist und so transportiert bzw. gespeichert werden.
Im allgemeinen Fokus steht die intensive Forschung an Methanisierungs-Katalysatoren, also Hilfsstoffen, welche die methanbildende Reaktion beschleunigen. Vorrangiges Ziel ist die Verbesserung von Aktivität (es kommt zu einer Reaktion), Selektivität (die Reaktion führt zum gewünschten Produkt) und Langzeitstabilität (hohe Verwendungsdauer) der Katalysatoren. Zunehmend relevant und besonders herausfordernd ist die Entwicklung von Katalysatoren, die unter dynamischen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeiten. Aufgrund der schwankenden Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und der variierenden Rohstoffzusammensetzungen, wie sie z.B. bei der Nutzung von CO2 aus Biogasanlagen auftreten, besteht hier erheblicher Forschungsbedarf. Die Auswirkungen dieser fluktuierenden Bedingungen auf Katalysatoren und die Stabilität des Prozesses sind bisher noch unzureichend erforscht und bilden daher den zentralen Schwerpunkt des Projekts.
Was war der Ausschlag für gerade dieses konkrete Forschungs- / Interessensgebiet?
Die Forschung an Katalysatoren zur Methanisierung ist wichtig, um CO₂ als Rohstoff zu nutzen und Treibhausgase zu reduzieren. Die Technologie ermöglicht die Speicherung von überschüssiger erneuerbarer Energie als Methan, das in bestehende Gasnetze eingespeist werden kann. Dies fördert den Klimaschutz, unterstützt die Energie- und Rohstoffwende und schafft wirtschaftliche Vorteile durch effizientere Energieverwertung und Ressourcenschonung. Verbesserte Katalysatoren erhöhen dabei die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses.
In welchen Bereichen hätte das Ergebnis besonderen praktischen Nutzen?
Die Forschung zur katalytischen Methanisierung von CO₂ hat besonderen praktischen Nutzen in folgenden Bereichen:
Energiespeicherung: Das erzeugte Methan kann als Langzeit-Energiespeicher genutzt und in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden, was die Integration erneuerbarer Energien unterstützt.
Dekarbonisierung der Industrie: Große CO₂-Emittenten wie Stahl- und Zementwerke, aber auch dezentrale, kleinere CO2-Emittenten wie Biogasanlagen, können durch die Methanisierung ihre CO₂-Emissionen reduzieren und so zur Klimaneutralität beitragen.
Flexibilität in Energiesystemen: Speichertechnologien tragen dazu bei, die Flexibilität in Energiesystemen zu erhöhen, indem sie schwankende Energiequellen wie Wind und Sonne besser integrieren.
Gibt es Anknüpfungspunkte an benachbarte Forschungs- oder Entwicklungsfelder?
Die Methanisierung von CO₂ ist mit vielen Forschungsfeldern verknüpft: Sie hängt von Fortschritten in der Wasserstofftechnologie, CO₂-Abscheidung, Katalysatorentwicklung und Materialwissenschaft ab. Zudem gibt es thematischen Bezug zur Energiespeicherung, chemischen Prozessoptimierung, Kreislaufwirtschaft und der Nutzung von Methan als Brennstoff. Hier spielt das ZIES (Zentrum für Innovative Energiesysteme), innerhalb dessen das Forschungsthema eingebettet ist, natürlich eine zentrale Rolle. Konkrete Anknüpfungspunkte bieten sich zu den Forschungsschwerpunkten von Prof.in Franziska Schaube (Wasserstoffwirtschaft) und Prof. Philipp Fleiger (Dekarbonisierung der Prozessindustrie).
Fotos: Peter Strucks
