Seit Beginn der zweiten Jahreshälfte 2024 ist auf dem globalen Methanolmarkt ein stetiger Preisanstieg zu verzeichnen. In der asiatisch-pazifischen Region stiegen sie im dritten Quartal um 18 Prozent im Vergleich zum Vorjahreszeitraum. Die veränderte Wirtschaftslage hat zu einem sprunghaften Anstieg des Interesses an der Entwicklung von Wissenschaftlern der St. Petersburger Bergbauuniversität Kaiserin Katharina II. geführt - einem ressourcenschonenden Reaktor zur Herstellung von Synthesegas, das anschließend zu Methanol verarbeitet werden kann.
Das Projekt wurde am Bildungszentrum für digitale Technologien entwickelt. Bis Februar 2022 wurden die Arbeiten im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprogramms mit der Bergakademie Freiberg durchgeführt. Diese deutsche Universität ist eines der weltweit führenden Forschungszentren auf dem Gebiet der Kohlevergasung. Die Bergbauuniversität St. Petersburg beschäftigt sich praktisch seit ihrer Gründung im Jahr 1773 mit wissenschaftlichen Projekten im Kohlesektor. Bereits 1916 wurde hier das erste russische Labor für das Studium der Erz- und Kohleanreicherung eingerichtet. In den 1930er Jahren wurde eine wissenschaftliche Schule für die untertägige Erschließung von Kohle- und Erzlagerstätten, den Bau von Bergwerken und die Bergwerksmechanik gegründet.
Der Rektor der Bergbauuniversität St. Petersburg und Professor Bernd Mayer, ehemaliger Rektor der Bergakademie Freiberg, veröffentlichten 2017 gemeinsam eine zweisprachige Monografie mit dem Titel „Synthesegasproduktion: Aktueller Stand der Technik und Möglichkeiten der Umsetzung in der russischen Industrie“.
Zu den jüngsten Errungenschaften gehören beispielsweise die Entwicklung einer Profilsoftware und die Herstellung mehrerer Sätze innovativer Schnecken für Kohlebergwerke in Kuzbass und der Republik Komi bei Gorny Instrument.
Das innovative Modell eines ressourcenschonenden Reaktors für die Synthesegaserzeugung ist eine der vielversprechendsten Entwicklungen der Bergbauuniversität St. Petersburg. Es wird auf mehreren repräsentativen wissenschaftlichen Ausstellungen hoch geschätzt (Goldmedaille und Diplom 1. Grades der XXXVII Internationalen Innovationsausstellung „HI TECH 2021“, Diplom der VIII. jährlichen nationalen Ausstellung „VUZPROMEXPO-2021“, Bronzemedaille und Diplom des XXV. Moskauer Internationalen Salons für Erfindungen und innovative Technologien „Archimedes-2022“, Silbermedaille und Diplom 2. Grades der XXXVIII Internationalen Innovationsausstellung „HI TECH 2022“).
Das Urheberrecht der Entwickler des ressourcenschonenden Reaktors für die Synthesegaserzeugung wird durch zwei Gebrauchsmusterpatente bestätigt: „Mehrzonen-Wirbelschichtvergaser“ und „Vergaser für die Verarbeitung fester kohlenstoffhaltiger Rohstoffe niedriger Qualität“. Die erstgenannte Technologie ermöglicht beispielsweise eine Reduzierung des Strombedarfs um 17-20 Prozent im Vergleich zu dem heute auf dem Markt befindlichen kommerziellen Produkt der Firma SIEMENS.
Die Wissenschaftler verwendeten moderne interdisziplinäre Ansätze zur Modellierung des Vergasungsprozesses mit den Softwarepaketen Ansys Fluent und Rocky DEM sowie Aspen Plus und Aspen Hysys zur Modellierung von Prozessketten. Die Entwickler kamen zu dem Ergebnis, dass die kostengünstigste Lösung darin besteht, die Produktion in der Nähe eines Kohlekraftwerks zu organisieren und die von der Anlage erzeugte Wärme und Elektrizität zu nutzen. Die Berechnungen wurden insbesondere für die Kuzbass-Kohle durchgeführt. Die Weiterverarbeitung des Synthesegases zu Produkten mit höherem Mehrwert, wie Methanol, Ammoniak, synthetischem Kraftstoff und anderen, wird die Wirtschaftlichkeit des Projekts zusätzlich steigern.
Die Technologie ermöglicht es, neben Kohle auch kohlenstoffhaltige Abfälle in die Zusammensetzung der Rohstoffe einzubringen. Die Russische Eisenbahn ist bereits an der Möglichkeit interessiert, bei der Verwendung von gebrauchten Holzschwellen Einsparungen zu erzielen. Sie werden mit verschiedenen giftigen Substanzen behandelt, die bei der Verbrennung die Luft und den Boden verschmutzen. Daher ist die Entsorgung von Schwellen sehr teuer.
Heute werden weltweit mehr als 170 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr vergast, was etwa der Hälfte der jährlichen Kohleproduktion Russlands entspricht. Zwischen 2015 und 2025 steigt die kumulierte Wärmeleistung der entsprechenden Anlagen von 147 auf 500 Gigawatt. Neben SIEMENS ist zum Beispiel auch der große deutsche Maschinenbauer Thyssenkrupp Industrial Solutions in der Kohlevergasungstechnologie engagiert. Industriegasgeneratoren sind in Japan, Deutschland, Südafrika und anderen Ländern in Betrieb.
„Die meisten Gasgeneratoren arbeiten in einem bestimmten Modus. Vereinfacht ausgedrückt, kann es sich um einen Inline-Gasgenerator handeln, bei dem die Verbrennung im Einsatzmaterialstrom stattfindet, oder um eine Vergasung in einem dichten Bett oder einem Wirbelbett, in dem die Partikel in Suspension sind. Wir schlagen vor, die beiden Ansätze - Dichtbett- und Wirbelschichtvergasung - zu kombinieren. Der Vorteil ist, dass größere Einsatzstoffe verarbeitet werden können, d. h. mit geringeren Aufbereitungskosten. Darüber hinaus konnten wir die Temperatur des Rohgases senken und die Umwandlungsrate erhöhen. Mit anderen Worten, wir können die Ausbeute an Synthesegas erhöhen und den Abfall - die feste Rußphase - minimieren“, sagte Ilya Beloglazov, der Autor der Entwicklung, außerordentlicher Professor der Abteilung für Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion an der Bergbauuniversität.
Zu den weiteren wissenschaftlichen Plänen der Entwickler gehört die Installation eines halbindustriellen Gasgenerators, möglicherweise auf dem Sablino-Schulungsgelände der Universität, zusammen mit einem interessierten Industriepartner, um ein effizientes Produktionsschema für verschiedene Arten von Rohstoffen zu testen.
Die Entwicklung kann in Unternehmen wie der Siberian Coal Energy Company, Kuzbassrazrezugol und Sibirsky Anthracite erfolgreich durchgeführt werden. Unter den großen ausländischen Unternehmen sind die chinesische China Shenhua Energy, die indische Coal India, die australische BHP Billiton, Rio Tinto und die südafrikanische Sasol Limited zu nennen. Das letztgenannte Unternehmen beispielsweise ist sowohl im Kohleabbau als auch in der Verarbeitung von Kohle zu synthetischem Kraftstoff für Autos erfolgreich tätig.