Leuna: Die Entwicklung der Methanolproduktion

1997 hat die Raffinerie in Leuna ihren Betrieb aufgenommen (Quelle: TotalEnergies)

Leuna: Die Entwicklung der Methanolproduktion

TotalEnergies hat sich das Ziel gesetzt, bis spätestens 2050 Klima neutral zu werden. Bis 2030 will der Konzern den CO₂-Fußabdruck der Raffinerie in Leuna signifikant senken. Dafür hat das Unternehmen mehrere Transformationsprojekte auf den Weg gebracht.

Die TotalEnergies Raffinerie Mitteldeutschland steht im größten zusammenhängenden Chemiepark Europas in Leuna und verarbeitet bis zu 12 Millionen Tonnen Rohöl jährlich. Daraus werden unter anderem Kraftstoffe, Heizöl, Flüssiggas und weitere Spezialprodukte für die chemische Industrie hergestellt. Außerdem ist die Raffinerie Deutschlands größter Produzent für Methanol. Rund 700.000 Tonnen davon werden dort jährlich hergestellt. In der Vergangenheit handelte es sich dabei ausschließlich um fossiles Methanol. Seit einigen Jahren gibt es verschiedene Projekte, in denen in der Raffinerie Leuna immer mehr grünes Methanol produziert wird.

Anteil der verschiedenen Produkte an der Gesamtproduktion der Raffinerie Leuna (Quelle: TotalEnergies).

Was ist Methanol und wie wird es produziert?

Methanol ist ein einfacher Alkohol, der bei Raumtemperatur als farblose, leicht flüchtige und brennbare Flüssigkeit vorliegt. Die chemische Formel lautet CH3OH. Methanol wird bereits seit über 100 Jahren transportiert und gehört zudem zu den fünf meist gehandelten Chemikalien der Welt. Traditionell wird sie aus Erdöl oder Erdgas produziert. Im Gegensatz zu fossilem Methanol wird grünes Methanol aus Biomasse oder grünem Wasserstoff und CO₂ hergestellt. Die Produktion mit Hilfe von Wasserstoff und abgeschiedenem CO₂ (direct air capture kurz DAC), auch als „Power-to-Methanol” bekannt, funktioniert folgendermaßen:

CO₂-Gewinnung:
CO₂ wird aus Industrieabgasen oder direkt aus der Luft abgeschieden.
Wasserstoffproduktion:
Wasserstoff wird durch Elektrolyse (mit erneuerbarem Strom) von Wasser hergestellt.
Synthese:
CO₂ und Wasserstoff reagieren unter Druck und Hitze in Anwesenheit eines Katalysators. Die chemische Reaktion lautet: CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O
Reinigung:
Die entstandene Chemikalie wird destilliert und gereinigt.

Die verschiedenen Produktionsarten von Methanol (Quelle: Bureau Veritas Marine & Offshore).

Übersicht des e-CO2Met-Projektes (Quelle: TotalEnergies).

Startschuss für grünes Methanol in Leuna

Im Juni 2021 hat TotalEnergies gemeinsam mit dem Elektrolyseur-Hersteller Sunfire, dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP und dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS das e-CO2Met-Projekt im Hydrogen Lab Leuna gestartet.

Ziel des Projektes ist es, das Zusammenspiel von drei Prozessen zu testen: die Nutzung von CO₂ aus der Raffinerie, die Verwendung von grünem Wasserstoff, der durch Hochtemperatur-Elektrolyse (auch Festoxid-Elektrolys (eng. solid oxide electrolyzer cell, kurz: SOEC) erzeugt wird, und die anschließende Methanolsynthese auf der Skalierungsplattform Hy2Chem.

Ein Kernstück von e-CO2Met ist der 1-MW- SOEC-Elektrolyseur des Dresdner Herstellers Sunfire.

Übersicht der Leuna100 Pilotanlage (Quelle: Leuna100)

Der durch die Elektrolyse gewonnene grüne Wasserstoff und das hochkonzentrierte CO₂ aus den Produktionsprozessen der Raffinerie wurden anschließend zu grünem Methanol umgesetzt. Hierzu haben das Fraunhofer CBP und TotalEnergies eine Pilotanlage im neuen Fraunhofer Hydrogen Lab im Chemiepark Leuna aufgebaut. 

Dr. Ulrike Junghans, Gruppenleiterin und Projektkoordinatorin am CBP, erläuterte in einer Pressemeldung, dass mit dem Projekt erstmals die Produktion von grünem Methanol im großen Maßstab erprobt wurde – auch unter den Bedingungen eines fluktuierenden Wasserstoffstroms.

"Mit der innovativen Herstellung von synthetischem Methanol können Erdöl und Erdgas in der chemischen Industrie ersetzt und die benötigten Rohstoffe klimaneutral produziert werden. Damit leisten wir einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Grundstoffchemie", erklärt Thomas Behrends, Geschäftsführer TotalEnergies Raffinerie Mitteldeutschland.

"e-CO2Met ist das erste Pilotprojekt von TotalEnergies zur Umwandlung von CO2 mit erneuerbarer elektrischer Energie in Methanol. Während dieses Methanol selbst bereits als E-Fuel betrachtet werden kann, kann es vor allem als Ausgangsstoff für eine weitere Veredelung zu Produkten wie nachhaltigen Flugzeugtreibstoffen genutzt werden", ergänzte Marie-Noelle Semeria, Technologievorständin bei TotalEnergies. 

Am 27. Juni 2024 haben TotalEnergies und der Gasnetzbetreiber Ontras die letzten Verträge für die Wasserstofflieferungen unterzeichnet (Quelle: Ontras Gastransport GmbH).

„Leuna100“

Im Jahr 1923 wurde in Leuna die erste kommerzielle Methanol-Anlage der Welt errichtet. Diese produzierte die Chemikalie aus Kohle und Erdgas. Mit dem Projekt Leuna100 startete genau 100 Jahre später, eine neue Art der Methanolproduktion. Leuna100 soll zum Markthochlauf von grünem Methanol beitragen. Im August 2023 ging die Pilotanlage in Betrieb. Nach Angaben des verantwortlichen Forschungskonsortiums war es die weltweit erste Anlage zur kosteneffizienten Herstellung von grünem Methanol.

In der Pilotanlage werden zwei unterschiedliche Technologien zur CO2-basierten Erzeugung von Synthesegas gekoppelt: Das Fraunhofer UMSICHT lieferte eine neue Niedertemperatur-Co-Elektrolyse und das DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg setzt eine Reverse-Water-Gas-Shift-Anlage ein. Das Climate-Tech-Start-up C1 lieferte einen neuen Katalysator sowie einen eigens entwickelten Reaktor zur homogenen Katalyse von Methanol.

Vom Pilotbetrieb zum Regelbetrieb

Die kommerzielle Demonstrationsanlage soll ihren Betrieb 2026 aufnehmen. Diese soll dann 100 bis 500 mal so groß sein wie die im August 2023 in Betrieb genommene Pilotanlage. Sie soll in der Lage sein, industriell relevante Mengen von etwa 10-100 Tonnen Methanol täglich zu produzieren.

Dafür erhält die Raffinerie in Leuna ab 2025 grünen Wasserstoff aus dem Energiepark Bad Lauchstädt. Darüber hat der Betreiber TotalEnergies mit Ontras Ende Juni 2024 die notwendigen Verträge unterzeichnet. Erhalten soll die Raffinerie in Leuna den Wasserstoff über Pipelines. Damit sei sie deutschlandweit der erste Kunde für das geplante Wasserstoff-Kernnetz.