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", erläutert Projektleiter Peter Stenzel vom Cologne Institute for Renewable Energy der TH Köln.
Klimafreundliche Herstellung
Das 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 Patrick Beuel.
Für das Biogas-Cracking kommt ein Mikrowellenreaktor zum Einsatz. "Es ist absolut faszinierend, wie das transparente Biomethan durch das Mikrowellenplasma geleitet wird und auf einmal der abgetrennte Kohlenstoff als feines Pulver herabrieselt", sagt 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. Diese können weiterverwendet werden, etwa als Düngemittel. "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.
Noch besser als der grüne Wasserstoff
Ziel ist die Herstellung von goldenem Wasserstoff. "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", erläutert Stenzel mit Blick auf die Wasserstoff-Farbenlehre.
Das Forschungsvorhaben H2MikroPlas wird bis März 2028 durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen mit rund 3,2 Millionen Euro gefördert. (amo)
