Am Wasserstoff scheiden sich die Geister. Die einen halten ihn für die Zukunft der alternativen Energieversorgung. Andere bemängeln seine wenig nachhaltigen Produktionsmöglichkeiten. Der Großteil des verwendeten Wasserstoffs wird heute aus Erdgas hergestellt. Eine nachhaltige Alternative ist die Wasserstoffgewinnung aus Holz oder Holzabfällen. Dabei wird Holz vergast und aus dem Gas anschließend Wasserstoff gewonnen.

Forscher des Kompetenzzentrums Bioenergy and Sustainable Technologies (BEST) in Graz haben diese Technologie im Rahmen eines von der EU geförderten Projekts optimiert. Das kürzlich abgeschlossene Projekt "Reaktoroptimierung durch membranbasierte Prozessführung" (ROMEO) hatte ein Volumen von sechs Millionen Euro.

Neben BEST, das im Rahmen des Comet-Programms von Wirtschafts- und Klimaschutzministerium durch die Förderagentur FFG unterstützt wird, waren einige Unternehmen und akademische Einrichtungen als Partner beteiligt.

Chemisch gebunden

Holz enthält neben Kohlenstoff auch Wasserstoff, allerdings in Form chemisch gebundener Kohlenwasserstoffe. Die Vergasung dient dazu, ein Synthesegas zu erzeugen, aus dem man in der Folge den Wasserstoff gewinnen kann. Das erfolgt mittels der sogenannten Wassergas-Shift-Reaktion.

Dabei werden Wasser und Kohlenmonoxid im Beisein eines Metalloxid-Katalysators zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Das Kohlendioxid wird nicht benötigt und muss entfernt werden. Aus dem verbleibenden Gasgemisch lässt sich dann durch Verdichtung und Reinigung der gewünschte Wasserstoff abscheiden.

Erste Pilotanlage

Das neue Konzept erlaubt die Kombination der Abtrennung von Kohlendioxid mit der Umwandlung von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff in nur einem einzigen Prozessschritt. Möglich wurde das durch eine neuartige Trennmembran, die den Katalysator umschließt. Sie scheidet das Kohlenmonoxid ab, wodurch mehr Kohlenmonoxid zu Wasserstoff umgesetzt werden kann und sich die Wasserstoffausbeute deutlich erhöht.

In Güssing haben die Forscher eine von Projektpartnern aus Dänemark und Deutschland gebaute Pilotanlage installiert und das neue Verfahren getestet. Die Ergebnisse sind vielversprechend: Gegenüber herkömmlichen Anlagen konnte der Energieverbrauch um 15 Prozent, der Rohstoffverbrauch um elf Prozent und die Emissionen um 40 Prozent reduziert werden. Auch war die Wasserstoffausbeute höher als ursprünglich erhofft.

Noch nicht marktreif

Marktreif ist die neue Technologie allerdings noch nicht, wie Jürgen Loipersböck, der Projektverantwortliche seitens BEST, einräumt. "Wir haben bewiesen, dass das Konzept funktioniert", sagt er. "Der spannende Teil wird es jetzt sein, dieses Konzept in größerem Maßstab umzusetzen."

Nachfolgeprojekte dafür sind bereits in Planung. Bis zum Einsatz in industriellen Anlagen wird es aber noch mindestens drei Jahre Entwicklungsarbeit benötigen, schätzt Loipersböck. Eine ideale Anwendungsmöglichkeit wären Anlagen zur Biomassevergasung. Dabei ließe sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems von derzeit 55 Prozent auf rund 65 Prozent erhöhen, schätzen die Grazer Wissenschafter. (Raimund Lang, 15.4.2021)