Methanisierung

Die Methanisierung ist eine chemische Reaktion, bei der Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid in Methan umgewandelt wird. Die Reaktion von Kohlenstoffdioxid zu Methan wird auch als Sabatier-Prozess bezeichnet. Sie wurde 1902 von Paul Sabatier und J.B. Sendersens entdeckt.

Reaktion

Bei dieser Reaktion reagiert Kohlenstoffmonoxid bei Temperaturen von 300–700 °C mit Wasserstoff zu Methan und Wasser. Diese Reaktion ist exotherm, muss jedoch durch einen Katalysator beschleunigt werden. Hierzu dienen meist Nickelkatalysatoren, die mit verschiedenen Promotoren und Stabilisatoren wie Aluminiumoxid und Zirconiumdioxid verbessert sind, es wurde aber auch die katalytische Wirkung von Ruthenium untersucht.

Reaktion mit Kohlenstoffmonoxid

$ \mathrm {CO+3\ H_{2}\longrightarrow CH_{4}+H_{2}O} $

Reaktion mit Kohlenstoffdioxid

$ \mathrm {CO_{2}+4\ H_{2}\longrightarrow CH_{4}+2\ H_{2}O} $^[1]

Anwendungen

Großtechnik

Die Methanisierung wird zum jetzigen Zeitpunkt (2011) nicht zur großtechnischen Gewinnung von Methan genutzt, da dieses billiger aus Erdgas gewonnen werden kann. Sie spielt aber eine Rolle beim Entfernen von Kohlenstoffmonoxid-Spuren, die in manchen Prozessen als Katalysatorgift wirken. Dies ist beispielsweise bei der Ammoniak-Synthese im Haber-Bosch-Verfahren der Fall, bei dem der verwendete Wasserstoff möglichst arm an Kohlenstoffmonoxid sein muss. Aus Gasen mit hohem CO-Anteil kann durch Methanisierung Synthetic Natural Gas gewonnen werden.

Solar- oder Windenergie-Methanisierung

Eine technische Anwendung der Methanisierung mit voraussichtlich zunehmender Bedeutung ist die Erzeugung von Wind- bzw. Solargas, wo nach vorhergehender Wasserelektrolyse unter Verwendung regenerativer Energien Methan als Synthetic Natural Gas gewonnen wird.

Analytik

Im Bereich der Gaschromatographie wird die Methanisierung eingesetzt, um einzelne Analyten mit Detektoren nachweisen zu können, die in der speziellen Anwendung Vorteile haben, beispielsweise weil sie kostengünstiger sind oder höhere Nachweisempfindlichkeiten ermöglichen als vergleichbare Detektionsverfahren, die ohne eine chemische Umwandlung der Analyten auskämen.

In der Praxis wird dazu das Analysengemisch auf der chromatographischen Trennsäule zunächst in Einzelkomponenten aufgetrennt und diese dann in einem Methanisierungsprozess zu Methan reduziert. Die Reduktion findet in einer beheizten, mit Katalysator gefüllten Kapillarsäule statt, deren Ausgang direkt mit dem Detektor verknüpft ist. So können beispielsweise Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid oder Formaldehyd als Methan mit einem Flammenionisationsdetektor bestimmt werden, der etwa 500-fach empfindlicher ist, als ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor, mit dem die Substanzen auch ohne Reduktion nachweisbar wären.^[2]

Literatur

• Methanisierung. In: Römpp Chemie Lexikon. Thieme Verlag, Stand März 2002.
• Heinz Hiller et.al.: Gas Production. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2001, doi:10.1002/14356007.a12_169.pub2.
• Jens Sehested, Søren Dahl, Joachim Jacobsen, Jens R. Rostrup-Nielsen: Methanation of CO over Nickel: Mechanism and Kinetics at High H₂/CO Ratios. In: J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 6, S. 2432–2438, doi:10.1021/jp040239s.

Einzelnachweise