Von Gülle zum hochreinen Wasserstoff

Den Beleg für den kommerziellen Einsatz ihres Verfahrens zur dezentralen Wasserstofferzeugung sehen die Forschungspartner nun erbracht. Wie die TU Graz in einer Mitteilung vom 28. Oktober bekannt gibt, ist es ihr zusammen mit dem Start-up Rouge H2 Engineering weltweit erstmalig gelungen, direkt bei einer Biogasanlage hochreinen Wasserstoff aus echtem Biogas zu erzeugen. 

Seit diesem Sommer läuft die Demonstrationsanlage direkt auf dem Gelände der Ökostrom Mureck GmbH, einem Betreiber von Biogas-Ökostromanlagen in Mureck, Steiermark. Die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft fördert das Projekt "Biogas2H2". Nun liegen erste Ergebnisse der von den Partnern entwickelten "Chemical Looping Hydrogen-Methode" vor. 

Zum Verfahren: Die 10-kW-Anlage zweigt etwa ein Prozent des Biogasstroms der Ökostrom Mureck GmbH ab. Dies entspricht etwa 30 Liter pro Minute. Es handelt sich dabei um Methangas aus Schweinegülle, Glycerinphase, Silomais und Getreideresten. Dieses wird mit Wasserdampf vermischt und gelangt dann in den Reaktor der Anlage. Dort wird das Biogas reformiert und Synthesegas hergestellt, das in Folge Eisenoxid zu Eisen reduziert. Kommt Wasserdampf in den Reaktor, wird das Eisen wieder zu Eisenoxid reoxidiert. Dabei kann bedarfsgerecht Wasserstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,998 % freigesetzt werden, heißt es aus Graz. Der Wirkungsgrad liegt bei 75 %.

Hochskalierung von 10 kW auf 3 MW möglich

"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“, erklärt Viktor Hacker vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz.

Projektleiter Gernot Voitic von Rouge H2 Engineering ergänzt: "Würden wir anstelle des einen Prozents den gesamten Biogasstrom der Murecker Biogasanlage (etwa 480 Kubikmeter pro Stunde) durch eine entsprechend hochskalierte Chemical Looping-Anlage leiten, kämen wir sogar auf eine 3-MW-Wasserstoffproduktionsanlage." Alles, was es hierzu brauche, sei ein wenig Platz für die Anlage. "Wir sind daher ab sofort offen für Aufträge aus der Biogasindustrie“, so Voitic. 
 
Ökonomisch zahlt sich das Verfahren aus, wie Verfahrenstechniker Viktor Hacker mit Blick auf Produktions- beziehungsweise Einkaufspreis des erzeugten Wasserstoffs anführt: "Derzeit wird Wasserstoff an der Tankstelle mit zehn Euro das Kilogramm angeboten. Die techno-ökonomischen Analysen prognostizieren für unser Verfahren einen kompetitiven Wasserstoffpreis von 5 Euro/kg für dezentral produzierten Wasserstoff." Damit sei das Verfahren gegenüber anderen Wasserstofftechnologien wie etwa der Elektrolyse konkurrenzfähig. Letztere produziere derzeit einen Kilogramm Wasserstoff für fünf bis zwölf Euro.

Wasserstoffabnahme noch nicht geklärt

Derzeit treibt die Partner jedoch die Frage um, was mit dem erzeugten Wasserstoff geschehen soll. Karl Totter, Geschäftsführer der Ökostrom Mureck GmbH, ist zwiegespalten: „Wir könnten uns sehr gut vorstellen, unser Biogas auch zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden und unser Gelände um eine entsprechende Anlage zu ergänzen. Aber abkaufen muss uns den Wasserstoff auch jemand. Nachfrageseitig muss sich noch etwas bewegen, damit wir diesen Investitionsschritt setzen können“.

Naheliegend ist laut den Projektbeteiligten der Bau einer Wasserstofftankstelle direkt neben der Produktionsanlage. Die Krux dabei: Laut den gesetzlichen Vorgaben müssen wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit 700 bar Druck betankt werden. So könne möglichst viel Wasserstoff in einen möglichst kleinen Tank eingefüllt und eine attraktive Reichweite erlangt werden, erklärt Viktor Hacker. Die Chemical-Looping-Anlage erzeugt Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 100 bar. 

Hacker: "Irgendwo muss diese Verdichtung erfolgen, entweder direkt am Herstellungsort oder spätestens bei der Tankstelle, die man freilich auch mit abgefülltem Wasserstoff beliefern könnte. Die Kosten werden anfallen, und damit sind wir wieder beim derzeit üblichen Tankpreis von 10 Euro das Kilogramm." Technisch notwendig wäre diese Verdichtung nicht: Brennstoffzellen-Fahrzeuge können prinzipiell auch mit nur 2 bar Druck fahren – nur eben nicht sehr weit.

Laut Hacker bietet sich die dezentrale Wasserstoffproduktion direkt bei Biogasanlagen nur Fahrzeuge mit kürzeren Fahrtstrecken an, etwa für Wasserstoff-Traktoren (die es derzeit am Markt noch gar nicht gibt) oder für wasserstoffbetriebene Lagerfahrzeuge wie etwa Gabelstapler.