Innovative Forschung zur Reduzierung von Methanemissionen- EU-Projekt CANMILK zieht Bilanz nach drei Jahren Laufzeit
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/acsome
- 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/10.1088/1361-6
- 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/D4GC02
- 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.
- 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/10.1088/1361-6
