Wasserstoffgenerierung

Wasserstoff, die Grundlage jeder Wasserstoffwirtschaft, kann als Sekundärenergieträger nicht abgebaut werden, sondern muss aus Vorprodukten generiert werden.

In einer defossilisierten Energiewirtschaft werden verschiedenste Wasserstoff- Generierungsverfahren von Bedeutung sein. Die Generierung von Wasserstoff aus fossilen Primärenergieträgern ist mittelfristig zu substituieren.

Vergasung von organischen Reststoffen

 In Zukunft wird ein großer Teil des Wasserstoffbedarfs in einer grünen Wasserstoffwirtschaft durch organische Reststoffe gedeckt werden, wie biogene Reststoffe aus der Landwirtschaft, der Garten und Landschaftspflege, der Forstwirtschaft, der Lebensmittelindustrie aber auch Klärschlamm und nicht recycelbare Kunststoffe und in geringerem Umfang eigens für die Wasserstoffherstellung angebaute Energiepflanzen. Diese Substrate können in einer Wasserstofffabrik in Wasserstoff, Kohlendioxid und Aschen aufgespalten werden. Um den größtmöglichen Wasserstoffertrag zu erzielen ist ein mehrstufiges Verfahren aus Dampfreformierung (Steam-Reforming) und nachgeschalteter Wassergas-Reaktion (Shift-Reaction) durchzuführen.

 Die Nutzung des Feuers durch den Menschen war über Jahrtausende nichts anderes als die thermochemische Umwandlung von Organik in Wasserstoff und Kohlenstoff und der anschließenden Oxidation zu Wasser und Kohlendioxid. Denn bei der Verbrennung von Holz entsteht neben Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Reduziert man die Sauerstoffzufuhr und verwendet besonders nasses Holz, steigt der Wasserstoffanteil im Gas. Nach diesem Prinzip funktioniert die thermochemische Konversion von Organik und Wasser in Wasserstoff und Kohlendioxid.

Thermolyse in Wasserdampfatmosphäre

Organik + H2O --> CO + H2

Dampfreformierung

Organik und Wasserdampf reagieren in diesem Vergasungsprozess bei mehr als 850°C endotherm zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff.

Das so entstandene Gas muss von Staub, Teer und Kondensaten gereinigt werden. Das Verfahren ist hinlänglich erprobt und seit Jahren im Einsatz.Die Asche, die bei der Reinigung anfällt, kann durch Rezyklierung soweit aufkonzentriert werden, dass eine wirtschaftliche Aufarbeitung möglich wird.

Als weiteren Schritt zur Gewinnung von Wasserstoff führt man im Folgenden die Wassergas-Reaktion (Shift Reaction) durch.

CO + H2O -->CO2 + H2

Wassergas-Reaktion

Kohlenmonoxid und Wasserdampf reagieren mit Hilfe von Katalysatoren bei ca. 250°C leicht exotherm zu Kohlendioxid und Wasserstoff.

Kohlendioxid und Wasserstoff müssen anschließend noch voneinander getrennt werden. Die Verfahren hierzu sind Stand der Technik und erzielen die geforderten Qualitäten des Wasserstoffs auch in industriellen Dimensionen.

Bei optimaler Prozessführung lässt sich mit dem beschriebenen Verfahren aus einer Tonne organischem Input und 2,8 t Wasser bis zu 3,35 t CO2 und 450 kg Wasserstoff generieren.