Türkiser Wasserstoff durch Methan-Pyrolyse

Die klimaneutrale Wasserstoff-Bereitstellung stellt einen Schlüssel zur Erreichung der globalen Klimaziele dar. Eine vielversprechende Technologie kann dabei in der Methan-Pyrolyse gesehen werden. Dabei wird der Hauptbestandteil von Erdgas, Methan, unter Sauerstoffausschluss in die Produkte Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten. Dieses feste Granulat lässt sich sicher lagern und später als Rohstoff wiederverwenden. Das CO2 gelang somit nicht in die Atmosphäre, sondern wird dauerhaft gebunden.

Wasserstoff: CO2-neutral aus Erdgas

Innovatives Verfahren liefert hochwertige Industrie-Rohstoffe

Dekarbonisierung von Methan

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die Nutzungsmöglichkeiten der Produkte sind vielfältig. Wasserstoff wird als klimaneutraler Energieträger in Industrie, Verkehr und im Wärmesektor eingesetzt. Im Vergleich zur konventionellen Wasserstoffroute aus Erdgas, der Dampfreformierung, ist die Methanpyrolyse ein Prozess ohne CO2-Emissionen. Wird Biogas oder Biomethan als Ausgangsmaterial genutzt, wird der Umgebung CO2 entzogen – es kommt zu einer negativen CO2-Bilanz. Wie das geht, zeigt das Siegerprojekt des Innovationspreises der deutschen Gaswirtschaft 2020 in der Kategorie "Effiziente Energiekonzepte" MOA2Heat der Graforce GmbH.

Zum Projekt MOA2Heat

Der feste Kohlenstoff (Graphit/Kohlenstoffnanoröhren) ist ein vermarktungsfähiges Nebenprodukt, welches anderen Sektoren (Stahl- und Kohlefaserproduktion; Zementindustrie, oder als Anode in Lithium-Ionen-Batterien/Batteriefertigung) hilft Emissionen zu reduzieren. Der Einsatz von Kohlenstoff als Verbundwerkstoff, Füllstoff oder Baumaterial für emissionsintensive Industrien oder als Bodenverbesserungsmittel stellen weitere Märkte des Kohlenstoffs dar. Synthetischer Graphit kann auch den natürlich vorkommenden Graphit ersetzen, der zum Großteil in China abgebaut wird. Nach zusätzlichen industriellen Schritten kann aus Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) auch Graphen hergestellt werden. Graphen als relativ neuartiges Material ist für seine hohe Festigkeit und Leitfähigkeit bekannt und wird zunehmend für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automotive-Bereich, bei Windkraftanlagen und im Bauwesen genutzt.

Methan-Pyrolyse: Auch wirtschaftlich attraktiv

Die Spaltungsreaktion ist ein endothermer Prozess, d. h. es muss Energie aufgewendet werden, damit der Prozess abläuft. Verglichen mit anderen Wasserstoffproduktionsrouten zeigt die thermodynamische Analyse eines idealen Pyrolyseprozesses dabei energetische Vorteile. Der Energiebedarf zur Wasserstoff-Bereitstellung bei der Pyrolyse (37,8 kJ/mol H2) liegt signifikant unter dem Energiebedarf der Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas mittels Dampfreformierung (63,3 kJ/mol H2) sowie der Bereitstellung von erneuerbarem Wasserstoff mittels Elektrolyse (285,9 kJ/mol H2). Auch aus wirtschaftlicher Sicht ist die Methanpyrolyse attraktiv. Mit den in der Literatur aktuell prognostizierten Wasserstoffgestehungskosten ergeben sich bei der Methanpyrolyse erhebliche Kostenvorteile gegenüber der Elektrolyse. Eine Konkurrenzfähigkeit im Vergleich zur Dampfreformierung ist ebenfalls gegeben.

Forschungsprojekte zur Methan-Pyrolyse

Da der Energieträger Wasserstoff für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende eine entscheidende Rolle spielt, fördert die Bundesregierung die weitere Erforschung der Methan-Pyrolyse. Denn für den immer weiter wachsenden Bedarf werden die bestehenden Herstellungsverfahren von Wasserstoff nicht ausreichen. Mit dem Pyrolyseverfahren kann Erdgas in klimafreundlichen Wasserstoff umgewandelt werden. Vorteil des Verfahrens: Es wird wesentlich weniger Energie zur Herstellung von Wasserstoff aufgewendet als bei der Wasserelektrolyse für grünen Wasserstoff.

Bedeutung von Wasserstoff

Wie kann eine forcierte Elektrifizierung technologieoffen durch den Einsatz von gasbasierten Technologien und grünem Gas ermöglicht werden?

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