Suchen

Forschungsprojekt Wasserstoff ohne CO2-Ausstoß aus Methan gewinnen

| Redakteur: Tobias Hüser

Wasserstoff aus Methan herzustellen, ohne dass dabei Kohlenstoffdioxid entsteht – das ist das Ziel eines Projekts, an dem das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt ist. Im Flüssigmetalllabor Kalla in Karlsruhe bauen Forscher einen neuartigen Flüssigmetall-Blasensäulenreaktor auf, der eingeleitetes Methan unter hoher Temperatur in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff zerlegt.

Firmen zum Thema

Physik-Nobelpreisträger Professor Carlo Rubbia (zweiter von rechts) – Initiator des Projekts „Verbrennung von Methan ohne CO2-Emissionen“ und wissenschaftlicher Direktor des IASS – besuchte das KIT, um die Forschungsentwicklungen zu begutachten.
Physik-Nobelpreisträger Professor Carlo Rubbia (zweiter von rechts) – Initiator des Projekts „Verbrennung von Methan ohne CO2-Emissionen“ und wissenschaftlicher Direktor des IASS – besuchte das KIT, um die Forschungsentwicklungen zu begutachten.
(Bild: KIT)

Karlsruhe – Aus fossilen Brennstoffen Energie gewinnen, ohne dabei den Ausstoß von klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid zu verursachen – diese Vision könnte durch das Forschungsprogramm „Verbrennung von Methan ohne CO2-Emissionen“ Wirklichkeit werden. Seit Ende 2012 ist das KIT Partner in dem Programm, das zum Cluster „Erdsystem, Energie und Umwelt“ (E³) am Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam gehört.

Wasserstoff stellt ein aussichtsreiches Medium für Energiespeicherung und Energietransport der Zukunft dar. Allerdings ist er nur in gebundener Form verfügbar, nämlich in Wasser oder in Kohlenwasserstoffen. Der Wasserstoff muss also zunächst abgespalten werden. Bei herkömmlichen Trennverfahren entsteht klimaschädliches Kohlenstoffdioxid. Die heutige weltweite Wasserstoffproduktion verursacht rund fünf Prozent der globalen CO2-Emissionen.

Zur CO2-freien Wasserstoffherstellung setzt das Projekt am KIT auf die thermische Zerlegung von Methan in einem Hochtemperatur-Blasensäulenreaktor. Damit betreten die Karlsruher Forscher wissenschaftliches Neuland. „Mit dem Projekt haben wir die Chance, an der Entwicklung von Grundlagen für eine völlig neue Energietechnologie mitzuwirken“, erklärt der Leiter des Kalla, Professor Thomas Wetzel. „Sollte sich die Machbarkeit bestätigen lassen, würde die nachhaltige Herstellung und Nutzung von Wasserstoff sogar aus fossilen Quellen möglich, die bei konventioneller Nutzung klimaschädlich wären.“

Thermische Zerlegung von Methan

Der Flüssigmetall-Blasensäulenreaktor, der in den kommenden Monaten am Kalla entsteht, ist eine senkrecht stehende Säule von rund einem halben Meter Höhe mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern. Gefüllt ist die Säule mit flüssigem Metall, das bis auf 1000 °C erhitzt wird. Durch einen porösen Körper am unteren Ende wird Methan in feinen Bläschen eingeleitet. Diese steigen an die Oberfläche. „Bei solch hohen Temperaturen zerfällt das Methan in den aufsteigenden Bläschen zunehmend in seine Bestandteile Wasserstoff und Kohlenstoff“, erklärt Wetzel. „Wir werden untersuchen, wie viel Wasserstoff wir durch geschickte Prozeßgestaltung tatsächlich gewinnen können.“

Mit dem Flüssigmetall-Blasensäulenreaktor bauen die Forscher auf früheren Arbeiten von Professor Carlo Rubbia und Professor Alberto Abánades vom IASS auf. Sie hatten die thermische Zerlegung von Methan in einem Gasphasenreaktor durchgeführt. Bei dieser Gasphasenreaktion setzt sich der entstehende Kohlenstoff jedoch an den Reaktorwänden ab. Damit werden die Gaskanäle nach kurzer Zeit blockiert, sodass kein kontinuierlicher Prozess möglich ist.

Industrielle Reaktoren in Planung

„In dem nun mit den IASS-Kollegen geplanten Reaktor übernimmt die Hülle der Bläschen die Rolle der Wand“, erläutert Wetzel. „Erst wenn die Bläschen an der Oberfläche des flüssigen Metalls platzen, wird Kohlenstoff frei. Die Reaktorwand erneuert sich sozusagen immer wieder.“ Ein ähnliches Vorgehen wurde erstmals von Forschern um Manuela Serban in einer Arbeit aus dem Argonne National Lab in den USA vor etwa zehn Jahren beschrieben. Das Verfahren ist seitdem aber nicht weiterentwickelt worden.

Nach dem Aufbau des Versuchsreaktors werden die KIT-Wissenschaftler noch in diesem Jahr die Wirkung verschiedener Einflussparameter auf die Prozessführung und die mögliche Wasserstoffausbeute untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf grundlegenden wissenschaftlichen Fragen, beispielsweise nach der Identifizierung der Reaktionspfade, welche die Zusammensetzung des Produktgasstroms beeinflussen und nach Möglichkeiten, den Kohlenstoff aus dem Reaktor zu entfernen. Parallel dazu befassen sich die Forscher mit der Materialauswahl für mögliche zukünftige industrielle Reaktoren, der Filtertechnik und der Entwicklung von Sonden für eine spätere kontinuierliche Prozessführung.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 38950470)