Günstiger Wasserstoff aus Erdgasströmen
Fachleute mögen sich darüber streiten, wie und wann die Gesellschaft an diesem Punkt angelangt, doch eines können wir stillschweigend voraussetzen: Die Zukunft der Elektrizität liegt in den erneuerbaren Energien. Wir müssen „nur“ genug produzieren und (und das ist wahrscheinlich am dringendsten) herausfinden, wie wir sie effizient speichern und transportieren können. Eine Option hebt sich immer mehr ab: die Verwendung der bestehenden Erdgasleitungen, um Strom in Form von Wasserstoff für die Endabnahme zu liefern. „Mehrere Studien zeigten, dass bis zu 10 oder 15 % des Wasserstoffs in Hochdruck-Erdgasnetze eingespeist werden kann, ohne dass daraus größere Sicherheitsrisiken entstehen“, so Fausto Gallucci, Professor für anorganische Membranen und Membranreaktoren an der Universität Eindhoven. „Das nächste Problem ist, wie der Wasserstoff zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Erdgas getrennt werden kann.“ Genau darum geht es im Projekt HyGrid (Flexible Hybrid separation system for H2 recovery from NG Grids). Die derzeit bestehenden Methoden wie die Druckwechsel-Adsorption haben sich für die Abscheidung von Gasen mit niedriger Wasserstoffkonzentration, bei denen 90 % des Gases, dessen Druck erhöht und dann wieder gesenkt wird, der Träger ist, als zu kostenintensiv erwiesen. Das von Gallucci geleitete Konsortium entschied sich dafür, dieses Problem durch die Kombination verschiedener Technologien zu lösen. Darunter sind die Temperaturwechsel-Adsorption, Membranen und elektrochemische Abscheider. „Der Gedanke dabei ist, eine hohe Rückgewinnungsrate zu geringen Kosten zu erzielen. Wir nehmen den Strom aus dem Erdgasnetz, lassen es durch verschiedene Stufen, darunter anorganische Membranen mit Spülgas, laufen und gewinnen den verbleibenden Wasserstoff mit elektrochemischen Abscheidern wieder. Ab diesem Punkt können wir wieder reines Erdgas in das Netz einspeisen“, erläutert Gallucci. Bis zum Projektabschluss verbleiben noch einige Monate, doch die Liste der Ergebnisse ist schon beträchtlich. Der elektrochemische Abscheider, die Membranherstellung und die Membranabscheider wurden erweitert und die Membranen wurden unter industriellen Bedingungen bis zu 50 bar getestet. Zwei Projektpartner, die Technische Universität Eindhoven und Tecnalia, reichten zwei Patentanmeldungen ein: eine für die Entwicklung verschiedener Abscheidersysteme, die für unterschiedliche Strategien zur Wasserstoffrückgewinnung eingesetzt werden können, die andere für die Verwendung kohlenstoffbasierter Membranen für die Gasabscheidung. „Außerdem führte unsere Arbeit zu neuen Erkenntnissen, die sich in verschiedenen wissenschaftlichen Beiträgen niederschlugen“, so Gallucci weiter. „Darunter sind frei zugängliche Publikationen über elektrochemische Abscheider in der Fachzeitschrift Chemical Engineering Journal. In diesen Veröffentlichungen testeten wir erstmals die Reinheit des abgeschiedenen Wasserstoffs, entwickelten detaillierte Modelle für den Abscheider und beleuchteten die Mechanismen der Vergiftung des Systems.“ Andere veröffentlichte Beiträge behandeln beispielsweise die Auswertung der Membranpermeationsmechanismen, der Membranherstellung und der Anwendung sowohl palladium- als auch kohlenstoffbasierter Membranen.
Der Weg zur Kommerzialisierung
Eine vollständige Systemmodellierung ergab, dass die Kosten zwischen 25 und 40 % niedriger sind als die der modernsten Technologie. Abschließende Tests müssen noch die Reinheits- und die Rückgewinnungsraten der Technologie demonstrieren, doch die Technische Universität Eindhoven und Tecnalia verlieren keine Zeit. Schon wurde ein gemeinsames Unternehmen gegründet, um den Teil der Technologie, der während der Projektlaufzeit von HyGrid entwickelt wurde, zu vermarkten. Das Unternehmen, H2SITE genannt, wird kleine Systeme zur Wasserstofferzeugung und -abscheidung für die Erzeugung hochreinen Wasserstoffs entwickeln. „Wir haben jetzt ein System, das funktioniert und kostengünstig ist. Nachdem die Einspeisung in das Erdgasnetz umgesetzt wurde – was angesichts der verschiedenen Maßnahmen, die auf EU-Ebene ergriffen wurden, wahrscheinlich erscheint – sind wir bereit, diesen Wasserstoff am Verwendungsort zurückzugewinnen. HyGrid wird in jedem Fall die Marktdurchsetzung der Wasserstoffeinspeisungstechnik voranbringen“, schließt Gallucci.
Schlüsselbegriffe
HyGrid, Wasserstoff, Erdgas, Transport, Abscheidung
