Brennstoffzellentauglicher Wasserstoff
TU Wien und Bioenergy 2020+ erproben umweltfreundliche Wasserstoffproduktion aus Holz
Die TU Wien und Bioenergy2020+ haben ein dreistufiges Verfahren entwickelt, mit dem hochreiner Wasserstoff aus Holz erzeugt werden kann. Zusätzlich produziert die Anlage Wärme und Strom, um einen möglichst hohen Gesamt-Wirkungsgrad zu erreichen.
Handelsüblicher Wasserstoff wird hauptsächlich aus fossilen Energieträgern wie Erdgas hergestellt. Im Biomassekraftwerk im burgenländischen Oberwart produzieren Forscher nun hochreinen, brennstoffzellentauglichen Wasserstoff aus Biomasse.
Im Gegensatz zur gewöhnlichen Verbrennung, bei der CO2 entsteht, wird das Holz ohne Flamme vergast. Dabei entstehen hauptsächlich Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und Wasserdampf. Die große Herausforderung besteht darin, den Wasserstoff effizient abzutrennen, denn Brennstoffzellen können nur mit hochreinem Wasserstoff betrieben werden.
»Wichtig war für uns von Anfang an ein Polygeneration-Konzept. Das bedeutet, dass man nicht nur ein einzelnes Endprodukt wie etwa Wasserstoff erzeugt, sondern den Gesamt-Wirkungsgrad maximiert, indem man die Biomasse gleich mehrfach nutzt«, erklärt Reinhard Rauch (TU Wien / Bioenergy2020+). Neben Wasserstoff kann das Kraftwerk auch Fernwärme bereitstellen, elektrischen Strom ins Netz speisen und Methan in das Erdgasnetz einleiten.
Dreistufiges Verfahren
Ein dreistufiges Verfahren brachte den Erfolg: Das Gasgemisch aus der Holzvergasung wird zunächst gewaschen, indem es durch Biodiesel geleitet wird. Dieser dient als Lösungsmittel, in dem Teer-Rückstände herausgefiltert werden.
In einer zweiten Reinigungsstufe kommt eine Membran zum Einsatz. Sie lässt Wasserstoff und Kohlendioxid passieren, Methan und Kohlenmonoxid hingegen werden abgeschieden. Der abgeschiedene Anteil wird in einem Gasmotor zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet.
Zuletzt leiten die Forscher das Gas durch einen Aktiv-Kohle-Filter: Aktiv-Kohle, die unter Druck steht, adsorbiert annähernd alle verbleibenden Inhaltsstoffe, mit Ausnahme von Wasserstoff. Wenn sich im Adsorber eine größere Menge von Kohlenwasserstoffverbindungen angereichert hat, wird Unterdruck angelegt und die Aktiv-Kohle gespült – danach kann sie weiterverwendet werden.
Wirtschaftlich interessante Alternative
»Wir erreichen letztlich eine Wasserstoffreinheit von 99,95 Volumenprozent«, freut sich Reinhard Rauch. Als einzig nennenswerte Verunreinigungen blieben Edelgase oder Spuren von Stickstoff und Sauerstoff zurück – für die hohen Ansprüche von Brennstoffzellen sei das allerdings kein Problem.
In der Versuchsanlage konnten bereits sehr hohe Wasserstoffausbeuten erzielt werden. Rinhard Rauch will das Verfahren nun weiter optimieren. Um eine höhere Wirtschaftlichkeit zu erreichen, sollen der Einsatz von Energie und Betriebsmitteln reduziert werden.
Neben der TU Wien und dem COMET-Zentrum Bioenergy2020+ sind als Industriepartner die Energie Burgenland (Betreiber der Holzvergasungsanlage) und Air Liquide (Unterstützung beim Prozess, der Membran- und Brennstoffzelleneinheit) am Projekt beteiligt. Die Industriepartner werden nun an der Vermarktung der Ergebnisse arbeiten, um in Zukunft eine dezentrale Produktion von erneuerbarem Wasserstoff zu ermöglichen.
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