Grüner Wasserstoff aus der Zinnschmelze
Wasserstoff ist wichtig für die Energiewende. Er kann als Treibstoff für Brennstoffzellenautos genutzt werden und gilt als sauber. Seine Herstellung ist es aber bislang nicht. Karlsruher Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, bei dem kein schädliches Kohlendioxid entsteht.
Ein Bericht von Werner Plutaveröffentlicht am22. November 2019, 12:01 Uhr
Methanpyrolyse: Wasserstoffgewinnung ohne CO2-Emissionen(Bild: Leon Kühner, KIT)
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Wasserstoff gilt als sauberer Energieträger, sein Abgas ist Wasserdampf. Um Wasserstoff zu gewinnen, muss jedoch viel Energie aufgewendet werden. Zudem wird bei dem derzeit verbreiteten Verfahren Kohlendioxid freigesetzt. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten an einer Methode, die ohne die klimaschädlichen Emissionen auskommt. Dafür fällt noch ein nützliches Abfallprodukt ab.
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Ausgangsprodukt ist das reichlich zur Verfügung stehende Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht. Das Verfahren macht sich zunutze, dass Methan bei hohen Temperaturen instabil wird und in seine Bestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt.
Die Pyrolyse-Reaktion, also die Zersetzung, findet in einem aufrecht stehenden Reaktor statt. Er ist mit flüssigem Zinn gefüllt, das eine Temperatur von rund 1.200 Grad Celsius hat. Das Methan wird unten in die Metallschmelze geleitet, in der die Gasbläschen wegen des großen Dichteunterschieds schnell aufsteigen.
Bei den hohen Temperaturen erreicht das Methan schnell die nötige Temperatur, damit die Reaktion abläuft. Wenn die Gasbläschen an der Oberfläche ankommen, ist das Methan gespalten - bislang haben die Forscher knapp 80 Prozent erreicht. In den Bläschen befindet sich jetzt gasförmiger Wasserstoff und fester Kohlenstoff.
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Der Versuchsreaktor zur Methanspaltung ist Teil des Flüssigmetalllabors am KIT. (Bild: Amadeus Bramsiepe, KIT) [1/3]
Letzterer wird als Feststoff an der Wand des Bläschens abgeschieden. Hat die Blase die Oberfläche der Schmelze erreicht, platzt sie. "Bei diesem Aufplatzen zerbricht die dünne Kohlenstoffschicht, die entstanden ist, in Kohlenstoffpulver", erklärt Thomas Wetzel, Leiter des Karlsruhe Liquid Metall Laboratory (Kalla) am KIT, im Gespräch mit Golem.de.
Der Wasserstoff wird abgezogen und gespeichert. Zurück bleibt reiner Kohlenstoff in Form eines mikrogranularen Pulvers. "Wir haben es mit dem Gasstrom ausgetragen und gefiltert", sagt Wetzel. Die Wissenschaftler erwögen aber weitere Varianten, den Kohlenstoff zu abzuscheiden.
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Das heute am häufigsten genutzte Verfahren zur Wasserstoffgewinnung ist die Dampfreformierung. Das Ausgangsmaterial ist auch hier Methan. Bei der Methode bindet sich der Kohlenstoff an Sauerstoff zu Kohlendioxid, und der Wasserstoff wird freigesetzt. Nachteil ist, dass das entstehende Kohlendioxid in die Atmosphäre entweicht und weiter zum Klimawandel beiträgt. "Das ist der Vorteil der Pyrolyse: Dabei entsteht eben kein Kohlendioxid, sondern elementarer Kohlenstoff", sagt Wetzel.
Und damit potenziell ein nutzbares Produkt.
Kohlenstoff für Akkus›1
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