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Das CANMILK-Projekt widmet sich der Entwicklung einer innovativen plasmabasierten Technologie zur Reduktion von Methanemissionen in der Landwirtschaft, speziell in Stallgebäuden. Nach drei Jahren Forschung steht die Integration von Adsorber-, Katalysator- und Plasmakomponenten im Fokus, um Methan effizient in CO₂ umzuwandeln und die Systemleistung unter realistischen Bedingungen zu optimieren.
Das CANMILK-Projekt hat einen wichtigen Meilenstein erreicht: drei Jahre kooperative Forschung, die sich der Reduzierung von Methanemissionen in der Landwirtschaft durch innovative plasma¬basierte Technologie widmet. Im Folgenden die wichtigsten bisherigen Projektergebnisse und die Schwerpunkte der letzten 18 Monate, in denen das Vorhaben in die Endphase übergeht.
Als Projektpartner unterstützt das Steinbeis Europa Zentrum die Entwicklung und Umsetzung der Kommunikations- und Veröffentlichungsstrategie sowie die Definition der Verwertungsstrategie für das Projekt und unterstützt bei der Verwaltung des geistigen Eigentums.
Im Rahmen des EU-Projekts CANMILK wird ein plasmabasiertes System entwickelt, das direkt in Stallgebäuden betrieben werden soll, um Methanemissionen aus der Tierhaltung zu reduzieren. Ziel ist es, das in der Stallluft enthaltene, stark verdünnte Methan aufzufangen und mittels Plasma- und katalytischer Prozesse in CO₂ umzuwandeln. Als Projekt mit niedrigem TRL-Level konzentriert sich CANMILK stark auf Forschung und Entwicklung, insbesondere auf die Optimierung des Designs von Adsorber-, Katalysator- und Plasmakomponenten und deren Zusammenspiel. Dies erfordert eine kontinuierliche Bewertung der Ergebnisse und laufende Anpassungen des Systems im Entwicklungsprozess. Alle Komponenten werden in eine Proof-of-Concept-(PoC)-Unit integriert, die mit simulierter Stallluft getestet wird. Diese PoC-Unit soll das grundlegende Konzept demonstrieren und es dem Projektteam ermöglichen, experimentelle Ansätze zu validieren und die Systemleistung unter realistischen Bedingungen zu optimieren.
Parallel dazu läuft eine techno-ökonomische Bewertung, die sowohl die wirtschaftliche Machbarkeit der Technologien als auch die Emissionen analysiert, um die technische Leistung mit marktfähigen Lösungen zu vergleichen.
Forschungsaktivitäten
Die CANMILK-Forschung ist in fünf Hauptthemen gegliedert: Plasmamodellierung und -diagnostik, Adsorber- und Katalysatorentwicklung, aktivierte Gas-Oberflächen-Interaktionen, Prozesskonzeptentwicklung sowie techno-ökonomische Bewertung. In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Ergebnisse der ersten drei Jahre sowie die geplanten nächsten Schritte zusammengefasst.
Plasmamodellierung und -Diagnostik
Ein zentrales Thema des CANMILK-Projekts ist das tiefe Verständnis der Plasmachemie zur Umwandlung stark verdünnten Methans. Die Universität Antwerpen (UA) hat Modelle zur Simulation chemischer Reaktionen und Gasströme in O₂- und H₂-Plasmareaktoren erstellt. In Kombination mit experimentellen Ergebnissen der Universität Maastricht zeigen diese, dass warme O₂- und H₂-Plasmen für die Entfernung geringer CH₄-Konzentrationen nicht effizient sind.
Auf der Suche nach alternativen Ansätzen zeigten weitere Ergebnisse, dass die Nutzung eines Stallluftplasmas Potenzial zur Methanreduktion bietet. Dieser Ansatz führt jedoch auch zur Bildung von NOx, die üblicherweise als Emissionen gelten, jedoch weiter genutzt werden könnten. Diese Erkenntnisse veranlassten das CANMILK-Konsortium zu einer strategischen Neuausrichtung und zur Untersuchung der Alternative, Luftplasma für eine bessere Umsetzbarkeit und Skalierbarkeit einzusetzen.
Adsorber- und Katalysatorentwicklung
Angesichts der sehr niedrigen Methangehalte in Stallluft ist die Entwicklung von Materialien zur Konzentration von Methan entscheidend. Ein experimentelles Screening hat vielversprechende Adsorber identifiziert, die die Methankonzentration potenziell von 20–200 ppm auf 200–2000 ppm erhöhen können, um effizientere Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Parallel dazu wurden Katalysatoren vorbereitet und hinsichtlich ihrer Kompatibilität mit dem Plasmasystem untersucht. Dazu zählen strukturierte Wabenkörper und Pulver.
Aktivierte Gas-Oberflächen-Interaktionen
Um das Zusammenspiel von Plasma und Katalysator besser zu verstehen, wurden theoretische und experimentelle Studien initiiert. Anhand von mesoskopischen Modellen der Oberflächenkinetik sollen die Wechselwirkungen zwischen plasmaerzeugten Gasspezies und Katalysatoroberflächen, sowie Katalysatoren zur CH₄-Oxidation unter Nutzung verschiedener Radikale und biobasierter Trägerstoffe beschrieben werden.
Proof-of-Concept (Poc) Unit
Zur Demonstration der Integration von Plasma-, Katalysator- und Adsorbertechnologien zur Methanreduktion in Stallluft entwickelt Projektkoordinator VTT eine PoC-Einheit, mit der das Projektteam experimentelle Konzepte validieren und die Systemleistung unter realistischen Bedingungen optimieren will.
Der Entwicklungsprozess erfolgte in enger Zusammenarbeit der Projektpartner. Technische und sicherheitsrelevante Aspekte wurden sorgfältig bewertet, um sicherzustellen, dass das System den betrieblichen und regulatorischen Anforderungen entspricht. Die Einheit wird als mobiles System aufgebaut, um flexible Tests und Anpassungen zu ermöglichen. Die Konstruktion der PoC-Einheit läuft derzeit im Bioruukki-Testzentrum von VTT; die Inbetriebnahme und experimentellen Tests sind für die nächste Phase, voraussichtlich im Dezember 2025, geplant.
Techno-ökonomische Bewertung
Die techno-ökonomische Bewertung ist ein entscheidender Schritt im CANMILK-Projekt, um sicherzustellen, dass die entwickelten Technologien zur Methanreduktion nicht nur wirksam, sondern auch praktikabel und kosteneffizient für den Einsatz in Milchviehbetrieben sind. Fortschrittliche Simulationen eines funktionierenden Milchviehstalls lieferten Erkenntnisse über die Methanausbreitung und die Notwendigkeit einer kontrollierten Belüftung zur Maximierung der Erfassung. Mehrere Systemkonfigurationen, die Plasma-, Katalysator- und Adsorbertechnologien kombinieren, wurden entworfen und modelliert, sodass Kapital- und Betriebskosten sowie die Kosten pro entferntem Kilogramm Methan abgeschätzt werden konnten. Diese Analysen helfen, den wirtschaftlich tragfähigsten Ansatz für eine Umsetzung im großen Maßstab zu identifizieren.
Veröffentlichungen basierend auf den bisherigen Arbeiten:
- Helsloot, S., Samadi, O., Iqbal, M., van Rooij, G., & Butterworth, T. (2025). Trace methane destruction within the effluent of microwave plasma. ACS Omega, 10, 26392–26402. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c10550
- Albrechts, M., Tsonev, I., & Bogaerts, A. (2024). Investigation of O atom kinetics in O₂ plasma and its afterglow. Plasma Sources Science and Technology, 33(4), 045017. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ad3f4a
- Albrechts, M., Tsonev, I., & Bogaerts, A. (2024). Can post-plasma CH₄ injection improve plasma-based dry reforming of methane? A modeling study. Green Chemistry, 26(18), 6592–6604. https://doi.org/10.1039/D4GC02889A
- Singh, A. K., Palo, J., Kihlman, J., Heikola, T., Suvanto, M., Simell, P., & Kinnunen, N. M. (2025). Non-thermal plasma assisted methane oxidation inside a DBD reactor: Effect of monometallic catalyst on energy efficiency and CO₂ selectivity. Chemical Engineering Journal, 521, Article 166610. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166610
- Viegas, P., Dias, T. C., & Guerra, V. (2025). Role of volume and surface processes in the atomic oxygen loss frequency in oxygen glow discharges in Pyrex. Plasma Sources Science and Technology, 34(8), 085003. https://doi.org/10.1088/1361-6595/adf5e4
KONTAKT
Johanna Kihlman | VTT | Espoo, Finland
info@canmilk.com
Karoline Haack, Steinbeis Europa Zentrum, E-Mail: karoline.haack@steinbeis-europa.de
Johanna Kihlman | VTT | Espoo, Finland
https://www.canmilk.eu - Projektwebsite
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Chemie, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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