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Endlich umweltfreundliche Wasserstoffproduktion: TU Wien und Bioenergy 2020 stellen Wasserstoff
aus Holz her. Nebenbei entsteht außerdem Strom und Wärme.
Wien (tu) - Verbrennungsmotoren emittieren klimaschädliches CO2, Wasserstoff-betriebene Brennstoffzellen
hingegen hinterlassen bloß Wasserdampf. Wie umweltfreundlich Brennstoffzellen allerdings tatsächlich
sind, hängt immer davon ab, wie der Wasserstoff ursprünglich gewonnen wurde. Die TU Wien und Bioenergy2020+
entwickelten nun am Biomassekraftwerk in Oberwart ein dreistufiges Verfahren, aus Holz hochreinen Wasserstoff zu
erzeugen. Nebenbei produziert die Anlage auch noch Wärme und Strom, um einen möglichst hohen Gesamt-Wirkungsgrad
zu erreichen.
Holz statt Erdöl
Handelsüblicher Wasserstoff wird hauptsächlich aus fossilen Energieträgern wie Erdgas hergestellt.
In Oberwart wird nun aber hochreiner Brennstoffzellen-tauglicher Wasserstoff aus Biomasse hergestellt. „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.
Im Gegensatz zur gewöhnlichen Verbrennung, bei der CO2 entsteht, wird das Holz ohne Flamme vergast. Dabei
wird hauptsächlich Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und Wasserdampf produziert. Die große
Herausforderung ist, den Wasserstoff effizient „herauszufiltern“ – Brennstoffzellen können nämlich nur
mit hochreinem Wasserstoff betrieben werden.
Drei Reinigungsstufen
Eine beinahe perfekte Wasserstoff-Reinigung gelang nun durch ein dreistufiges Verfahren: Zunächst wird das
Gasgemisch aus der Holzvergasung gewaschen. „Wir lassen es durch Biodiesel hindurchströmen“, sagt Reinhard
Rauch. „Biodiesel ist ein exzellentes 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.
Am Ende leitet man das Gas noch einmal durch einen Filter: Aktiv-Kohle, die unter Druck steht, adsorbiert praktisch
alle verbleibenden Inhaltsstoffe außer 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“, sagt Reinhard Rauch. Die einzigen
nennenswerten Verunreinigungen sind Edelgase oder Spuren von Stickstoff und Sauerstoff – für die hohen Ansprüche
von Brennstoffzellen ist das allerdings kein Problem.
In der Versuchsanlage konnten bereits sehr hohe Wasserstoffausbeuten erzielt werden. „Trotzdem wird noch weitergeforscht
– wir glauben, dass es noch immer ein hohes Optimierungspotential für unser Verfahren gibt“, ist Reinhard
Rauch zuversichtlich.
Der nötige Einsatz von Energie und Betriebsmitteln soll reduziert werden, damit das Verfahren wirtschaftlich
möglichst erfolgreich wird. 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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