Produktion von CO2-negativem Wasserstoff – Forschungsprojekt optimiert Verfahren

fTeilen

Die TH Köln und ihre Partner möchten künftig CO2-negativen Wasserstoff
herstellen. Dafür soll der bereits bekannte Prozess des Methan-Crackings
weiterentwickelt und für die industrielle Produktion angepasst werden.

Neben Wasserstoff entsteht dabei fester Kohlenstoff, auch Carbon Black
genannt, der ein wichtiger Rohstoff etwa für die Kunststoff- oder
Batterietechnik ist.

„Beim Methan-Cracking wird das Gas durch ein Mikrowellenplasma geleitet,
das den Wasserstoff vom Kohlenstoff trennt. Es entstehen also zwei
Rohstoffe, die aufgefangen und weiterverwendet oder vermarktet werden
können. Diese Vorgehensweise funktioniert bislang im Labormaßstab mit
Erdgas. Wir wollen das Verfahren nun um Biomethan als Ausgangsstoff
erweitern, das in Biogas- und Deponiegasanlagen erzeugt wird. Zudem
möchten wir eine Anlagengröße realisieren, wie sie in der Praxis benötigt
wird. Beides stellt unser Forschungskonsortium vor große
Herausforderungen“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Peter Stenzel vom Cologne
Institute for Renewable Energy der TH Köln.

Biogas statt Erdgas stellt neue Anforderungen an den Prozess

Das von den assoziierten Partnern Bergischer Abfallwirtschaftsverband und
AVEA GmbH & Co. KG bereitgestellte Biogas stammt aus Anlagen, die mit
Material aus der Biotonne gefüttert werden und ist somit als weitgehend
CO2-neutral anzusehen. „Im Gegensatz zu Erdgas enthält Biogas zahlreiche
Nebenstoffe. Wir stehen also vor der Aufgabe, eine Gasaufbereitung
vorzuschalten und den Produktionsprozess so robust zu gestalten, dass
kleinere Verunreinigungen und Gasbestandteile wie Stickstoff kein Problem
darstellen. Gelingt uns dies, wollen wir die Anlage auch mit Gas
betreiben, das auf Mülldeponien entsteht und in Bezug auf die
Gaszusammensetzung noch herausfordernder ist“, erläutert der
wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Patrick Beuel.

Containerlösung für den Praxistest auf :metabolon

Der für das Biogas-Cracking benötigte Mikrowellenreaktor wird vom
Industriepartner iplas GmbH zur Verfügung gestellt. Innerhalb des Projekts
wird iplas seinen aktuellen Laborreaktor weiterentwickeln, um den Einsatz
in der Praxis zu ermöglichen. „Es ist absolut faszinierend, wie das
transparente Biomethan durch das Mikrowellenplasma geleitet wird und auf
einmal der abgetrennte Kohlenstoff als feines Pulver herabrieselt“,
beschreibt Beuel. Das so gewonnene Carbon Black liegt anschließend in Form
von Nanopartikeln vor und ist hochreaktiv. Mehrere hundert Kilogramm davon
könnten im Industriemaßstab täglich anfallen. Die ayxesis GmbH sorgt im
Vorhaben dafür, dass die Kohlenstoffpartikel kontinuierlich abgeschieden,
ausgeschleust und automatisch luftdicht verpackt werden können. Je nach
Qualität könnte das Material bei der Herstellung von leitfähigen
Kunststoffen sowie Batterien oder Brennstoffzellen eingesetzt oder auch
als Bodenverbesserer und damit als Ersatz von Düngemittel verwendet
werden.

„Unsere größte Herausforderung angesichts des nicht immer absolut reinen
Ausgangsmaterials und des schwierig zu handhabenden Carbon Black ist es,
einen kontinuierlichen Prozess darzustellen, der im realen Einsatz rund um
die Uhr laufen muss“, betont Stenzel. Die Brockhaus Lennetal GmbH
verantwortet als weiterer Partner die verfahrenstechnische Gesamtauslegung
und die Entwicklung einer integrierten sowie mobilen Containerlösung, die
alle Funktionen beinhaltet und den Hallenbau vor Ort überflüssig macht.
Die TH Köln als Konsortialführerin begleitet die Entwicklung und den Bau
der Gesamtsystemlösung, welche am Lehr- und Forschungszentrum :metabolon
entsteht, führt die Messkampagne durch, prüft die Qualität aller Produkte
und ermittelt die CO2-Bilanz sowie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Das Ziel: Goldener Wasserstoff

Wasserstoff wird je nach Herstellungsart in ein Farbschema eingeordnet. So
steht grau für die Produktion mittels Dampfreformierung von Erdgas oder
türkis für die Herstellung mittels Pyrolyse. „Die ‚beste‘ Variante ist
bislang der grüne Wasserstoff, der klimaneutral mit regenerativem Strom in
Elektrolyseuren hergestellt wird. Dies wird unserem Projektziel aber nicht
gerecht, da wir beim Plasma-Cracking von Biomethan der Atmosphäre sogar
CO2 entziehen. Man könnte also von ‚goldenem Wasserstoff‘ als neue
Kategorie für Wasserstoff mit einem negativen CO2-Fußabdruck sprechen“, so
Stenzel.

Das Forschungsvorhaben H2MikroPlas (CO2-negativer Wasserstoff aus
regenerativen Gasen mittels Mikrowellen-Plasma-Cracking) wird bis März
2028 durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen aus
Mitteln des EFRE/JTF-Programms NRW (Innovationswettbewerb Energie.IN.NRW)
mit rund 3,2 Millionen Euro gefördert (Förderkennzeichen: EFRE-20800787).

Wir über uns

Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte
Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-,
Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-,
Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind über 21.000 Studierende
in etwa 95 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln
gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den
Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und
Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten
machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und
Wegbereiterin.