Experimentelle Untersuchung von strukturierten Ni-TiO2 Katalysatoren für Power-to-Methan Anwendungen

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Die thermo-katalytische Methanisierung von Wasserstoff und Kohlendioxid hat sich als langfristige Speichermöglichkeit für erneuerbaren Strom und zur Dekarbonisierung weiterentwickelt. Eine der größten Herausforderungen ist die Integration dieser Technologie in bestehende Produktionsnetzwerke sowie die Kontrolle der exothermen Reaktion unter dynamischen Betriebsbedingungen. Der Katalysator bleibt die Schlüsselkomponente solcher Anlagen. In technisch relevanten Systemen kommen kontinuierlich betriebene Festbettreaktoren mit nickelbasierten Schüttschicht-Katalysatoren zum Einsatz, die oft unter ungünstigen Bedingungen betrieben werden. Strukturierte Katalysatoren bieten eine vielversprechende Alternative zur Effizienzsteigerung des Wärme- und Stofftransports. Offenzellige Schaumkeramiken mit hochporöser Struktur werden seit langem als Katalysatorträger untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen der Trägerstruktur und der porösen Katalysatorschicht sind entscheidend für die Nutzung des Steigerungspotentials. Durch gezielte Anpassung der Trägergeometrie kann die Katalysatordichte optimiert und vorteilhafte Katalysatorpackungen geschaffen werden. In dieser Arbeit werden robuste Träger-Katalysator-Kombinationen auf Basis von offenzelligen Schaumkeramikträgern aus Titandioxid und Siliziumcarbid sowie mikrostrukturierten Ni-TiO2 Katalysatoren entwickelt und auf die dynamische Methanisierung im Technikumsmaßstab übertragen.