Goldener Wasserstoff: So nennt die Technische Hochschule Köln ihren per Plasmalyse erzeugten Wasserstoff aus Biomethan. Die TH will ihre spezielle Form des Methan-Crackings nun von der Laboranwendung in den industriellen Maßstab überführen. Bei dem herkömmlichen Verfahren leitet man Methan durch ein Mikrowellenplasma, das Wasserstoff und Kohlenstoff voneinander trennt.
„Es entstehen also zwei Rohstoffe, die aufgefangen und weiterverwendet oder vermarktet werden können”, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Peter Stenzel vom Cologne Institute for Renewable Energy der TH Köln. Das Verfahren funktioniere jedoch bislang lediglich im Labormaßstab – und mit Erdgas. „Wir wollen es nun um Biomethan als Ausgangsstoff erweitern, das in Biogas- und Deponiegasanlagen erzeugt wird.”
Das von den Projektpartnern Bergischer Abfallwirtschaftsverband und AVEA GmbH & Co. KG bereitgestellte Biogas stammt dabei aus Anlagen, die Material aus der Biotonne nutzen. Den Mikrowellenreaktor für das Cracking liefert die Troisdorfer iplas GmbH. Das Unternehmen will dafür seinen aktuellen Laborreaktor für den Praxiseinsatz weiterentwickeln.
Bei erfolgreichem Verlauf soll die Anlage auch mit Deponiegas betrieben werden, das in Bezug auf die Gaszusammensetzung noch anspruchsvoller ist als Biogas.
Schematische Vorstellung des Verfahrens, das im Projekt H2MikroPlas optimiert wird. (Grafik: TH Köln)
Biogas erfordert robusteren Prozess
Denn schon der Wechsel von Erd- auf Biogas erweist sich laut der TH als Herausforderung:
„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”, erläutert der wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Patrick Beuel.
Die Brockhaus Lennetal GmbH verantwortet die verfahrenstechnische Gesamtauslegung und entwickelt eine integrierte, mobile Containerlösung mit allen benötigten Funktionen. Die Gesamtsystemlösung entsteht am Lehr- und Forschungszentrum :metabolon.
Mehrere hundert Kilogramm Carbon Black pro Tag
Der neben Wasserstoff entstehende hochreine Kohlenstoff („Carbon Black”) liegt in Form von Nanopartikeln vor. Er ist hochreaktiv und kann in vielen Anwendungen zum Einsatz kommen.
Im Industriemaßstab könnten täglich mehrere hundert Kilogramm anfallen. Die ebenfalls an dem Projekt beteiligte ayxesis GmbH entwickelt daher Lösungen für die kontinuierliche Abscheidung, Ausschleusung und automatische Verpackung der Kohlenstoffpartikel.
„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 Prof. Stenzel.
„Goldener Wasserstoff” mit negativem CO2-Fußabdruck
Das Projektkonsortium bezeichnet das angestrebte Produkt als „goldenen Wasserstoff” – eine neue Kategorie für Wasserstoff mit negativem CO2-Fußabdruck.
„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”, so Stenzel.
Das Forschungsvorhaben H2MikroPlas (CO2-negativer Wasserstoff aus regenerativen Gasen mittels Mikrowellen-Plasma-Cracking) läuft bis März 2028. Die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen fördern das Projekt aus Mitteln des EFRE/JTF-Programms NRW mit rund 3,2 Millionen Euro.
Mit grünem Wasserstoff hat die Kölner Hochschule übrigens auch Erfahrung: Im Juni 2023 präsentierte die TH ein digitales Tool zur Planung von Elektrolyseanlagen.
