Elektronenstrahl-Plasmapyrolyse erzeugt mit geringem Energieaufwand Wasserstoff aus Methan

Wissenschaftler der > Technischen Universität München (TUM) haben ein neues Verfahren für die Herstellung CO₂-armen Wasserstoffs vorgestellt. Die Forscher veröffentlichten ihre Erkenntnisse kürzlich im > International Journal of Hydrogen Energy. Mittels der sogenannten Elektronenstrahl-Plasmapyrolyse (Electron beam plasma methane pyrolysis) lässt sich Wasserstoff deutlich effizienter und umweltfreundlicher herstellen als dies mit bisherigen Methoden der Methanpyrolyse möglich war.

Durch die Methanpyrolyse entsteht sogenannter „türkiser“ Wasserstoff. Dies bezeichnet die Herstellung von Wasserstoff mittels Methan, bei der jedoch nicht Kohlenstoffdioxid, sondern Kohlenstoff in fester Form abgeschieden wird und anschließend industriell weiterverarbeitet werden kann. Bei diesem nun veröffentlichten Konzept zur Plasmapyrolyse werden die Methanmoleküle mittels der kinetischen Energie beschleunigter Elektronen dissoziiert. Dies führt zu nennenswerten Wirkungsgradverbesserungen gegenüber anderen Pyrolyseverfahren.

Plasmapyrolyse mit 87 % geringerer Reaktionsenthalpie

Die am Institut für Energiesysteme der TU München durchgeführten Analysen zeigen: Aus einer kWh Strom können über das vorgestellte Verfahren rund 3,3 kWh Wasserstoff hergestellt werden. Die Reaktionsenthalpie pro Wasserstoffmolekül ist bei der Plasmapyrolyse um 87 % geringer als bei der Elektrolyse. Daher lässt sich mit Erdgas als Ausgangsstoff Wasserstoff mit einem deutlich geringeren Energieaufwand gewinnen als mit Wasser. Denn mit Wasser und dem Elektrolyse-Verfahren kann aus einer kWh nur 0,6 kWh Wasserstoff hergestellt werden. Besonders bei der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen kommt dieser Vorteil zum Tragen, da die Ökostrommengen begrenzt sind und daher möglichst effizient genutzt werden müssen.

Auch ist das Verfahren aufgrund seiner schnellen Anlaufzeiten sehr gut in der Lage, mit schwankenden Mengen an erneuerbarem Strom umzugehen und so Lastspitzen, die bei viel Wind oder Sonne entstehen, in Form von Wasserstoff zu speichern.

Bis zu 5 Euro/kg unter den aktuellen Herstellungskosten für Elektrolysewasserstoff

Die Erzeugungskosten liegen mit dem neuartigen Pyrolyseverfahren unter aktuellen wirtschaftlichen Bedingungen zwischen 2,50 €/kg Wasserstoff und 5 €/kg Wasserstoff. Das ermöglicht eine wettbewerbsfähige Produktion von Wasserstoff schneller als etwa mit der Dampfreformation oder der Elektrolyse. „Mit unserer Methode können wir Wasserstoff sehr günstig und effizient produzieren und liegen damit bis zu 5 Euro pro Kilogramm unter den aktuellen Herstellungskosten für Elektrolysewasserstoff. Auch sind die Lebenszyklus-Emissionen weitaus niedriger, als bei konventionellen Herstellungsverfahren“, so Florian Kerscher von der TU München, unter dessen Leitung das Projekt entwickelt wurde. Aktuell plant die TU München den Aufbau einer entsprechenden Forschungsanlage.

Kehler: „Wichtig, verschiedene Technologiepfade zu verfolgen“

Dr. Timm Kehler, Vorstand der Brancheninitiative Zukunft Gas, unterstreicht das Potenzial des Verfahrens: „Die Gaswirtschaft verfolgt die Forschung der TUM mit großem Interesse, denn die Elektronenstrahl-Plasmapyrolyse ist zukunftsweisend und birgt große Chancen für die Entwicklung des Wasserstoffmarktes.“ Nach seinen Worten ist es wichtig, verschiedene Technologiepfade zu verfolgen, um den künftigen großen Bedarf nach Wasserstoff auch zu wettbewerbsfähigen Preisen decken zu können.