Grüner Wasserstoff aus Biogas [12.12.22]
An einem innovativen Verfahren, das die direkte Umwandlung von Biogas in grünen Wasserstoff und hochwertige Kohlenstoffmaterialien ermöglicht, arbeiten derzeit Forschende im Projekt TITAN mit Beteiligung der Universität Hohenheim. Das Herzstück dabei: Ein skalierbarer mikrowellenbeheizter Katalysator. Die Europäische Union fördert das Vorhaben mit insgesamt rund drei Millionen Euro, wovon gut 500.000 Euro auf die Fachgebiete Bodenbiologie von Prof. Dr. Ellen Kandeler und Biogeophysik von Prof. Dr. Thilo Streck entfallen.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, der nicht nur langfristig Kohle, Öl und Erdgas ersetzen kann, sondern zudem auch klimafreundlich ist, da er bei seiner Verbrennung praktisch keine Treibhausgase entstehen. Dabei spielt allerdings die Art seiner Herstellung eine entscheidende Rolle: Nur, wenn er ausschließlich auf Basis erneuerbarer Energieträger hergestellt wird, ist er wirklich klimaneutral.
In den Fokus des Interesses rückt dabei zunehmend das Biogas. Das Problem: Um daraus Wasserstoff herzustellen benötigt man in der Regel zwei Schritte. Zunächst wird aus dem methanreichen Biogas ein wasserstoffreiches Gasgemisch erzeugt. Aus diesem muss anschließend der Wasserstoff von anderen Gasen abgetrennt werden – unter hohem Energieaufwand.
Einen neuen Weg beschreiten die Forschenden nun im Projekt TITAN: Beim Versuchsaufbau wird bereits in der vorgesehenen Einsatzumgebung Biogas direkt – ohne Zwischenschritte – in Wasserstoff und wertvolle Kohlenstoffmaterialien umgewandelt. Ermöglicht wird dies durch einen mikrowellen-beheizten Katalysator, der in einem einzigen Schritt Methan in Wasserstoff umwandelt. Zudem wird so die energieaufwändige Gastrennung vermieden, so dass der Prozess insgesamt energiepositiv ist.
Gleichzeitig entstehen hochwertige Kohlenstoffmaterialien. Dabei konzentrieren sich die Forschenden auf zwei Anwendungen: Dies sind zum einen Verbindungen, die in der Landwirtschaft zur Bodenverbesserung eingesetzt werden können. Hier liegt der Schwerpunkt der Hohenheimer Forschung. Und zum anderen Siliziumkarbid (SiC), das für die Herstellung von SiC-Halbleitern verwendet wird. Sie besitzen eine höhere elektrische Leitfähigkeit als herkömmliche Silzium-Chips und können deshalb Strom effizienter verarbeiten, weshalb sie vor allem beim Bau von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.
Übergeordnetes Ziel von TITAN ist es, sowohl den Einsatz kleiner, dezentraler Biogasanlagen zur Stromerzeugung als auch großer Biogasanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff sowie von Chemikalien und Kraftstoffen in Europa mit niedrigen Investitionskosten zu ermöglichen. Nach Einschätzung der Forschenden könnten mit dem Verfahren im Jahr 2030 rund 0,6 Megatonnen und ab 2045 fast 4 Megatonnen grünen Wasserstoffs pro Jahr erzeugt werden. Dies entspräche insgesamt einer Einsparung von rund 237 Megatonnen CO2 bis 2045. Zum Vergleich: im Jahr 2020 betrugen laut Umweltbundesamt die CO2-Emissionen in der EU rund 3298 Megatonnen.
Eckdaten des Projekts
- Projekttitel: Direct biogas conversion to green H2 and carbon materials by scalable microwave heated catalytic reactor for soil Amendment and silicon carbide production - TITAN
- Fördersumme: 2.998.434 Euro, davon 513.673 Euro für Hohenheim
- Förderinstitution: Europäische Union
- Projektdauer: 1.9.2022-31.8.2026
- Projektbeteiligte: Koordination: Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, Frankreich),
Verbundpartner:innen: Microwave Technologies Consulting (Frankreich), European Biogas Association AISBL (EBA, Belgien), Technische Universität Warschau (Politechnika Warszawska, Polen), Process Design Center bv (Niederlande), ESD-SIC bv (Niederlande)
Kontakt
Ellen Kandeler, Universität Hohenheim, Fachgebiet Bodenbiologie
+49 (0)711 45924220, ellen.kandeler@uni-hohenheim.de
Schwergewichte der Forschung
Als „Schwergewichte der Forschung“ gelten herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 350.000 Euro bei den Experimental- bzw. 150.000 Euro bei den Sozial- und Gesellschaftswissenschaften.
