Letzte Aktualisierung: 04.11.2021

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Neues Verfahren: Start-Up produziert grünen Wasserstoff aus Biogas

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Das Start-Up Rouge H2 Engineering und die TU Graz haben im Sommer 2021 eine 10 kW Demonstrationsanlage errichtet, in der Biogas reformiert und hochreiner Wasserstoff in industriellem Maßstab hergestellt werden kann. Die sogenannte „Chemical-Looping Hydrogen-Methode“ könnte den CO2-aufwändigen Prozess der Erdgas-Reformierung ablösen.

Forschende der TU Graz erzeugen gemeinsam mit Partnern direkt bei einer bestehenden Biogasanlage hochreinen Wasserstoff aus echtem Biogas. (Foto: © Frankl - TU Graz)

Forschende der TU Graz erzeugen gemeinsam mit Partnern direkt bei einer bestehenden Biogasanlage hochreinen Wasserstoff aus echtem Biogas. (Foto: © Frankl - TU Graz)

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Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger in der Energie- und Mobilitätswende, ist derzeit aber noch nicht massentauglich. Das hat mehrere Gründe: Wasserstoff wird derzeit überwiegend zentral aus fossilen Rohstoffen wie z. B. Erdgas erzeugt. Anschließend muss er in einem teuren sowie energieintensiven Prozess komprimiert oder verflüssigt werden, um ihn beispielsweise an Tankstellen liefern zu können. Und dort braucht es teure Infrastruktur mit hohen Investitionskosten, um große Wasserstoffmengen zu speichern.

Für eine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff ist eine dezentrale Herstellung also künftig unumgänglich – am besten klimaneutral aus lokal verfügbaren erneuerbaren Energiequellen. Die sogenannte „Chemical-Looping Hydrogen-Methode“, die 2020 von Forschenden der TU Graz rund um Verfahrenstechniker Viktor Hacker gemeinsam mit dem Grazer Start-Up Rouge H2 Engineering entwickelt wurde, kann nun genau dies erfüllen.

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Hochreiner Wasserstoff aus verunreinigtem Biogas

Im Projekt Biogas2H2 haben Rouge H2 Engineering und die TU Graz im Sommer 2021 in einer der weltweit größten industrienahen Demonstrationsanlagen bei einer bestehenden Biogasanlage hochreinen Wasserstoff aus echtem Biogas inklusive aller Verunreinigungen, die im Gas vorhanden, sind hergestellt. Das reale Biogas – Methangas aus Schweinegülle, Glycerinphase, Silomais und Getreideresten – stammt von der südsteirischen Ökostrom Mureck GmbH.

Die 10 Kilowatt Anlage zweigt dabei etwa ein Prozent des Biogasstroms ab (etwa 30 Liter pro Minute) und vermischt es mit Wasserdampf. Das Gemisch strömt in den Reaktor der Anlage. Dort wird das Biogas reformiert und Synthesegas hergestellt. Dieses Gas reduziert in weiterer Folge Eisenoxid zu Eisen. Dann kommt Wasserdampf in den Reaktor, der das Eisen wieder zu Eisenoxid reoxidiert. Dabei wird Wasserstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,998 Prozent frei.

Biogas-Reformierung ist reif für industriellen Einsatz

Mit diesem Eisen-Wasserdampf-Prozess wird ein Wirkungsgrad von 75 Prozent erreicht. „Würden wir anstelle des einen Prozents den gesamten Biogasstrom der Murecker Biogasanlage (etwa 480 Kubikmeter pro Stunde) durch eine entsprechend hochskalierte Chemical-Looping-Anlage leiten, kämen wir sogar auf eine 3 Megawatt Wasserstoffproduktionsanlage.

Das bedeutet, die Technologie ist nun reif für den kommerziellen Einsatz. Wir können auch im großen Maßstab dezentralen Wasserstoff aus realem Biogas herstellen. Alles, was es braucht, ist ein wenig Platz für unsere Anlage. Wir sind daher ab sofort offen für Aufträge aus der Biogasindustrie“, betont Rouge H2 Projektleiter Gernot Voitic.

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Wasserstoffpreis könnte auf 5 Euro/kg sinken

Diese Art der dezentralen Herstellung wirkt sich auch positiv aus auf den Produktions- und somit auf den Einkaufspreis des Wasserstoffs. Dazu Hacker: „Derzeit wird Wasserstoff an der Tankstelle mit 10 Euro/kg angeboten. Die techno-ökonomischen Analysen, die Teil unseres Forschungsprojekts sind, prognostizieren für unser Verfahren einen kompetitiven Wasserstoffpreis von 5 Euro/kg für dezentral produzierten Wasserstoff. Damit ist das Verfahren gegenüber anderen Technologien wie z.B. der Elektrolyse konkurrenzfähig (5-12 Euro/kg Wasserstoff).

Zentrale Fragen zur flächendeckenden Verfügbarkeit sind aber noch offen, darunter: Was soll mit dem Wasserstoff in weiterer Folge geschehen? Und: Wer macht den ersten Schritt? Naheliegend ist die Überlegung, neben der Anlage zur Wasserstofferzeugung aus Biogas gleich auch eine Wasserstofftankstelle zu installieren.

Die Krux dabei: Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge müssen laut Vorgaben derzeit mit 700 bar Druck betankt werden, „um möglichst viel Wasserstoff in einen möglichst kleinen Tank reinzubekommen und so eine attraktive Reichweite zu erlangen.“, erklärt Viktor Hacker.

Herstellungs-Druck für Betankung noch zu niedrig

Die Chemical-Looping-Anlage erzeugt Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 100 bar, was vergleichsweise hoch ist, aber für eine Betankung nicht reicht. Den Wasserstoff auf 700 bar zu komprimieren, ist sowohl knifflig als auch teuer.

„Irgendwo muss diese Verdichtung erfolgen, entweder direkt am Herstellungsort oder spätestens bei der Tankstelle, die man freilich auch mit abgefülltem Wasserstoff beliefern könnte. Die Kosten werden anfallen, und damit sind wir wieder beim Tankpreis.“

Technisch notwendig wäre diese Verdichtung nicht: Brennstoffzellen-Fahrzeuge können prinzipiell auch mit nur 2 bar Druck fahren – nur eben nicht sehr weit. Daher würde sich die dezentrale Wasserstoffproduktion direkt bei Biogasanlagen für kürzere Fahrtstrecken anbieten, etwa für Wasserstoff-Traktoren (die es derzeit am Markt noch gar nicht gibt) oder für wasserstoffbetriebene Lagerfahrzeuge wie etwa Gabelstapler.

Andere Möglichkeiten der Nutzung von Wasserstoff „ab Biogasanlage“ wären etwa die Abfüllung in Gasflaschen zum weiteren Transport, die Verlegung von Wasserstoffleitungen direkt zu mit Brennstoffzellen ausgestatteten Wohnhäusern oder die Nutzung in industriellen Prozessen.

Für Karl Totter Junior und Senior, Geschäftsführer der Ökostrom Mureck GmbH, ist klar: „Wir könnten uns sehr gut vorstellen, unser Biogas auch zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden und unser Gelände um eine entsprechende Anlage zu ergänzen. Aber abkaufen muss uns den Wasserstoff auch jemand. Nachfrageseitig muss sich noch etwas bewegen, damit wir diesen Investitionsschritt setzen können“.

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