Beim Methan-Cracking im Kölner Aufbau wird das Biogas durch ein Mikrowellenplasma geleitet, dabei werden Wasserstoff und Kohlenstoff getrennt. (Quelle: TH Köln)
Grauer Wasserstoff aus der Produktion mittels Dampfreformierung von Erdgas oder türkiser Wasserstoff, bei dem Pyrolyseverfahren zum Einsatz kommen, sind allgemein bekannte Verfahren der Wasserstofferzeugung. Bei ihnen wird CO2 emittiert. Klimafreundlichste Variante ist bisher der Wasserstoff, der mit Strom aus erneuerbaren Energien in Elektrolyseuren hergestellt wird.
Diesen Verfahren gegenüber verfolgt ein Forschungskonsortium unter Führung der TH Köln einen anspruchsvollen Ansatz: Dort möchte man beim Plasma-Cracking von Biomethan der Atmosphäre sogar CO2 entziehen, d. h. Wasserstoff mit negativem CO2-Fußabdruck erzeugen.
Das „H2MikroPlas“ (CO2-negativer Wasserstoff aus regenerativen Gasen mittels Mikrowellen-Plasma-Cracking) betitelte Vorhaben wird bis März 2028 mit rund 3,2 Millionen Euro gefördert. Die Gelder kommen aus der Europäischen Union und aus Mitteln des EFRE/JTF-Programms des Landes Nordrhein-Westfalen.
Biogas soll einen CO2-negativen Fußabdruck sicherstellen
Die Verfahrensgrundlage des Methan-Crackings, bei dem Gas durch ein Mikrowellenplasma geleitet und Wasserstoff von Kohlenstoff getrennt wird, ist im Labormaßstab mit Erdgas funktionsfähig. Projektleiter Prof. Dr. Peter Stenzel vom Cologne Institute for Renewable Energy der TH Köln erklärt: „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.“
Die erste Herausforderung für den Projekterfolg liegt im Einsatz von Biogas. Das Biogas stammt aus Anlagen, die mit Material aus der Biotonne gefüttert werden. Damit ist es weitgehend CO2-neutral. Dieses Gas enthält zahlreiche Nebenstoffe. Daher muss eine Gasaufbereitung vorgeschaltet werden, damit Verunreinigungen und Gasbestandteile wie Stickstoff kein Problem darstellen. Gelingt ein robuster Produktionsprozess, wollen die Beteiligten im nächsten Schritt auch mit Gas arbeiten, das auf Mülldeponien entsteht und in seiner Zusammensetzung noch anspruchsvoller für die Prozesse ist.
Größte Herausforderung ist die Prozesskontinuität
Der für das Biogas-Cracking benötigte Mikrowellenreaktor wird vom Industriepartner iplas GmbH zur Verfügung gestellt. Dort soll der aktuelle Laborreaktor für den Einsatz in der Praxis weiterentwickelt werden. Im Prozess wird das Biomethan durch ein Mikrowellenplasma geleitet und dabei der Kohlenstoff als feines Pulver abgetrennt.
Die zweite und größte Herausforderung liegt für das Konsortium jedoch darin, aufgrund des nicht absolut reinen Ausgangsmaterials und des schwierig zu handhabenden Carbon Blacks einen kontinuierlichen Prozess umzusetzen. Unter Realbedingungen muss er rund um die Uhr laufen.
Im Industriemaßstab können bei diesem Prozess täglich mehrere hundert Kilogramm Carbon Black anfallen. Im Labor ist innerhalb des Projekts die ayxesis GmbH damit betraut, die Kohlenstoffpartikel kontinuierlich abzuscheiden, auszuschleusen und automatisch luftdicht zu verpacken. Je nach Qualität könnte das Material bei der Herstellung von leitfähigen Kunststoffen sowie Batterien oder Brennstoffzellen eingesetzt oder auch als Bodenverbesserer und damit als Ersatz von Düngemittel verwendet werden.
Im Realeinsatz soll ein Hallenbau vor Ort überflüssig werden. Dazu entwickelt die für die verfahrenstechnische Gesamtauslegung verantwortliche Brockhaus Lennetal GmbH eine integrierte sowie mobile Containerlösung, die alle Funktionen beinhaltet. Damit soll. Die TH Köln als Konsortialführerin begleitet die Entwicklung und den Bau der Gesamtsystemlösung, welche am Lehr- und Forschungszentrum :metabolon entsteht, führt die Messkampagne durch, prüft die Qualität aller Produkte und ermittelt die CO2-Bilanz sowie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Das bereitgestellte Biogas stammt von den assoziierten Partnern Bergischer Abfallwirtschaftsverband und AVEA GmbH & Co. KG.
Weitere Informationen: th-koeln.de