Forschung

Von Gülle zu hochreinem Wasserstoff

Wasserstoff
Ulrich Graf
Ulrich Graf
am Freitag, 29.10.2021 - 08:54

Die TU Graz und das Start-Up Rouge H2 Engineering erzeugen hochreinen Wasserstoff aus Biogas direkt bei einer Biogasanlage mit einem neuen Chemical Looping Prozess.

Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger in der Energie- und Mobilitätswende, ist derzeit aber noch nicht massentauglich. Das hat mehrere Gründe: Wasserstoff wird derzeit überwiegend zentral aus fossilen Rohstoffen erzeugt. Anschließend muss er in einem teuren sowie energieintensiven Prozess komprimiert oder verflüssigt werden, um ihn beispielsweise an Tankstellen liefern zu können. Und dort braucht es teure Infrastruktur mit hohen Investitionskosten, um große Wasserstoffmengen zu speichern. 

Für eine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff würde eine dezentrale Herstellung Sinn machen. Forschende der TU Graz haben 2020 gemeinsam mit dem Grazer Start-Up Rouge H2 Engineering ein Verfahren zur dezentralen Wasserstofferzeugung präsentiert, die sogenannte „Chemical-Looping Hydrogen-Methode“. Die mehrfach ausgezeichneten Forschungsergebnisse mündeten in einer kompakten On-Site-On-Demand-Anlage, die – ausgehend von Biogas, Biomasse oder Erdgas – Wasserstoff erzeugen kann. 

Nun gibt es ein weiterführendes Projekt Biogas2H2 : In einer industrienahen Demonstrationsanlagen erzeugen sie direkt bei einer bestehenden Biogasanlage hochreinen Wasserstoff aus echtem Biogas inklusive aller Verunreinigungen, die im Gas vorhanden sind.

Entwickler sehen Praxisreife gewährleistet

„Wir zeigen damit, dass ein Chemical-Looping System in eine bestehende Biogasanlage eingebunden werden kann. Es entsteht hochreiner Wasserstoff für Brennstoffzellen aus realem Biogas, und zwar nicht nur im Labor, sondern tatsächlich im industriellen Maßstab“, erläutert Viktor Hacker vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz.

Mit dem verwendeten Eisen-Wasserdampf-Prozess wird ein Wirkungsgrad von 75 Prozent erreicht. „Würden wir anstelle des einen Prozents den gesamten Biogasstrom der Biogasanlage (etwa 480 Kubikmeter pro Stunde) durch eine entsprechend hochskalierte Chemical-Looping-Anlage leiten, kämen wir sogar auf eine 3 Megawatt Wasserstoffproduktionsanlage. Das bedeutet nach Ansicht der Entwickler, dass die Technologie nun reif für den kommerziellen Einsatz sei.

Das  Verfahren prognostiiziert eine konkurrenzfähigen von 5 Euro/kg für dezentral produzierten Wasserstoff. Damit sei das Verfahren gegenüber anderen Technologien wie z.B. der Elektrolyse konkurrenzfähig (5-12 Euro/kg Wasserstoff).

Das Problem mit dem Druck

Naheliegend ist die Überlegung, neben der Anlage zur Wasserstofferzeugung aus Biogas gleich auch eine Wasserstofftankstelle zu installieren. Die Krux dabei: Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge müssen laut Vorgaben derzeit mit 700 bar Druck betankt werden, „um möglichst viel Wasserstoff in einen möglichst kleinen Tank reinzubekommen und so eine attraktive Reichweite zu erlangen“, erklärt Viktor Hacker. Die Chemical-Looping-Anlage erzeugt Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 100 bar, was vergleichsweise hoch ist, aber für eine Betankung nicht reicht. Den Wasserstoff auf 700 bar zu komprimieren, ist sowohl knifflig als auch teuer. „Irgendwo muss diese Verdichtung erfolgen, entweder direkt am Herstellungsort oder spätestens bei der Tankstelle, die man freilich auch mit abgefülltem Wasserstoff beliefern könnte. Die Kosten werden anfallen, und damit sind wir wieder beim Tankpreis.“ 

Technisch notwendig wäre diese Verdichtung nach Einschätzung der Entwickler nicht: Brennstoffzellen-Fahrzeuge können prinzipiell auch mit nur 2 bar Druck fahren – nur eben nicht sehr weit. Daher würde sich die dezentrale Wasserstoffproduktion direkt bei Biogasanlagen für kürzere Fahrtstrecken anbieten, etwa für Wasserstoff-Traktoren (die es derzeit am Markt noch gar nicht gibt) oder für wasserstoffbetriebene Lagerfahrzeuge wie etwa Gabelstapler.