Auf Basis erneuerbare Energien hergestellter Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger in der Energie- und Mobilitätswende, ist derzeit aber noch nicht massentauglich. Die Produktion des Gases durch Elektrolyse von Wasser mithilfe von Strom aus Wind oder Sonne ist erst in den Anfängen. Der größte Teil des benötigten Wasserstoffs wird daher bislang fast ausschließlich aus fossilen Brennstoffen gewonnen – zu drei Vierteln durch Dampfreformierung aus Erdgas, aber auch aus Kohle oder Erdölkomponenten.
Wasserdampf, Biogas und Eisenoxid
Doch es geht auch anders, wie ein Team um Viktor Hacker von der TU Graz und Mitarbeitern des Grazer Start-Up Rouge H2 Engineering herausgefunden hat. Sie haben einen chemischen Prozess entwickelt und optimiert, durch den hochreiner Wasserstoff aus Biogas erzeugt werden kann. Bei diesem Chemical Looping Prozess wird das methanreiche Biogas aus Gülle, Pflanzenresten und anderer Biomasse zunächst mit Wasserdampf vermischt. Durch die sogenannte Dampfreformierung entsteht daraus Synthesegas – ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Eisenoxid als Reaktionshelfer erhöht dabei den Anteil des gewonnen Wasserstoffs. Das Ergebnis des Prozesses ist Wasserstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,998 Prozent.
Wie effizient dieses Looping-Verfahren in der Praxis ist, testet das Forschungsteam seit Sommer 2021 mit einer der weltgrößten industrienahen Demonstrationsanlagen auf dem Gelände der südsteirischen Ökostrom Mureck GmbH. „Die Option, dass unser Biogas neben Strom zusätzlich auch grünen Wasserstoff für nachhaltige Mobilität erzeugt, ist natürlich hochspannend für uns“, sagt Geschäftsführer Karl Totter. Die Zehn-Kilowatt-Anlage zweigt etwa ein Prozent des Biogasstroms ab – etwa 30 Liter pro Minute und gewinnt aus ihm Wasserstoff.
Effizient und vergleichsweise günstig
“Wir zeigen damit, dass ein Chemical-Looping System in eine bestehende Biogasanlage eingebunden werden kann. Es entsteht hochreiner Wasserstoff für Brennstoffzellen aus realem Biogas, und zwar nicht nur im Labor, sondern tatsächlich im industriellen Maßstab”, erläutert Hacker. Erste Ergebnisse des Testbetriebs sind vielversprechend: Der Eisen-Wasserdampf-Prozess erreicht einen Wirkungsgrad von 75 Prozent. „Würden wir anstelle des einen Prozents den gesamten Biogasstrom der Murecker Biogasanlage durch eine entsprechend hochskalierte Chemical-Looping-Anlage leiten, kämen wir sogar auf eine Drei-Megawatt-Wasserstoffproduktionsanlage”, erklärt Rouge H2 Projektleiter Gernot Voitic.
Nach Ansicht des Forschungsteams ist die Technologie damit 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”, so Voitic. Diese dezentrale Produktion von Wasserstoff könnte nach Ansicht der Forscher auch dazu beitragen, Wasserstoff günstiger zu machen. „Derzeit wird Wasserstoff an der Tankstelle mit zehn Euro pro Kilogramm angeboten. Die techno-ökonomischen Analysen, die Teil unseres Forschungsprojekts sind, prognostizieren für unser Verfahren einen kompetitiven Wasserstoffpreis von fünf Euro pro Kilo für dezentral produzierten Wasserstoff. Damit ist das Verfahren gegenüber anderen Technologien wie beispielsweise der Elektrolyse konkurrenzfähig”, sagt Hacker.
