Die Kreislaufführung von Kohlenstoffdioxid (CO₂) stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um industrielle Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig CO₂ als Rohstoff zur Herstellung wertvoller Chemikalien zu nutzen.

Zu diesem Zweck werden zwei Containeranlagen eingesetzt: eine Carbon-Capture-Einheit zur Abscheidung von CO₂ und eine Power-to-Methanol-Anlage zur Umwandlung des gewonnenen CO₂ in Methanol. Beide Containeranlagen können flexibel an punktuelle CO₂-Quellen angeschlossen werden, um direkt vor Ort Emissionen in verwertbare Produkte umzuwandeln.

Im ersten Schritt wird das CO₂ in der Carbon-Capture-Containeranlage mithilfe einer Aminwäsche selektiv aus einem Abgasstrom abgeschieden. Die Anlage ist für einen Durchsatz von bis zu 100 Nm³/h ausgelegt und ermöglicht so die Verarbeitung großer Abgasvolumina.

Das abgeschiedene CO₂ wird anschließend in der Power-to-Methanol-Containeranlage mit Wasserstoff aus einer Elektrolyseeinheit vermischt und in einem geschlossenen Kreislaufprozess zu Methanol umgesetzt. Die Anlage erreicht dabei eine Produktionsleistung von bis zu 40 Litern Rohmethanol pro Tag.

Ein zentrales Ziel des Anlagenbetriebs ist die experimentelle Untersuchung der Flexibilität und Dynamik des Gesamtprozesses. Die Anlagen sollen dabei schnell auf schwankende CO₂-Mengen aus industriellen Quellen sowie auf variable Strompreise reagieren können. Dies ermöglicht eine realitätsnahe Bewertung der Betriebsstrategien unter den Bedingungen eines zunehmend volatilen Energiemarkts und stellt einen wichtigen Schritt in Richtung eines anpassungsfähigen und wirtschaftlich tragfähigen Power-to-X-Systems dar.

Zur Auslegung und Optimierung der Prozesse und Reaktoren werden ergänzend modellgestützte Simulationsmethoden eingesetzt. Dazu zählen stationäre und dynamische Prozesssimulationen mit Aspen Plus, die Programmierung und Auswertung komplexer Prozesslogiken mit Python sowie Computational-Fluid-Dynamics (CFD)-Simulationen zur detaillierten Analyse reaktionstechnischer Vorgänge im Reaktor.

Neben der großtechnischen Betrachtung des Gesamtprozesses werden in mehreren kleineren Testständen gezielte Detailuntersuchungen durchgeführt, um die Prozessführung weiter zu optimieren und die Betriebssicherheit zu bewerten.

Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt auf der Stabilität unterschiedlicher Amine, die in der CO₂-Abtrennung mittels Aminwäsche eingesetzt werden. Hierbei wird insbesondere deren Beständigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen und Drücken untersucht, ebenso wie die Einflüsse von Verunreinigungen im Abgasstrom – etwa Schwefeldioxid (SO₂) – auf die Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität. Ergänzend werden Materialverträglichkeiten zwischen Prozessmedien und verschiedenen Edelstählen in Langzeittests geprüft, um potenzielle Korrosionserscheinungen oder Materialveränderungen unter realen Bedingungen zu erfassen.

In einem weiteren Teststand wird untersucht, wie der Umsatz der gleichgewichtslimitierten Methanolsynthese erhöht werden kann. Ein vielversprechender Ansatz ist hierbei der Einsatz einer wasserpermeablen Membran, die während der Reaktion in situ Wasser aus der Reaktionszone entfernt. Durch die kontinuierliche Abtrennung dieses Reaktionsnebenerzeugnisses wird das chemische Gleichgewicht gemäß dem Prinzip von Le Chatelier in Richtung der Produktbildung verschoben, was eine signifikante Steigerung des Methanolertrags ermöglichen kann. Dieser membranbasierte Reaktoransatz eröffnet damit neue Perspektiven für eine effizientere und wirtschaftlichere Gestaltung der Methanolsynthese unter realen Prozessbedingungen.