Ins bestehende Leitungsnetz eingespeist: In Zukunft könnte im bundesweiten Erdgas-Netz neben Methan auch Wasserstoff transportiert werden. Eine wichtige Voraussetzung dafür haben nun deutsche Wissenschaftler entwickelt: eine Membran-Technologie zum Trennen der beiden Gase. Beide können so bis an den Zielort gemeinsam durch die Leitung strömen. Dort dringt der Wasserstoff durch eine Art Kohlenstofffilter nach außen, das Methan wird zurückgehalten.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft und wichtiger Helfer beim Klimaschutz. Denn wenn er aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne gewonnen wird, entstehen keine klimaschädlichen Emissionen. Aber wie bringt man das „grüne Gas“ dorthin, wo es gebraucht wird? Wegen seiner geringen Dichte ist ein Transport des Gases in Tanks unrentabel, weshalb der Wasserstoff meist stark abgekühlt und verflüssigt transportiert wird. Aber selbst das ist aufwändig und riskant.
Zwei Gase in einer Leitung
Eine mögliche Lösung wäre der Transport des Wasserstoffs in schon bestehenden Gasleitungen. Schon jetzt wird das Gas in einigen Orten dem lokalen Stadtgas beigemischt – zunächst im Rahmen von Pilotversuchen. Bisher allerdings wird dieses Mischgas aus Methan und Wasserstoff so zum Heizen und Kochen genutzt, wie es wie es aus der Leitung kommt.
Doch es ginge auch anders: Indem man den Wasserstoff am Produktionsort in das Gasnetz einleitet und am Zielort wieder vom Methan trennt. Der große Vorteil: Die Infrastruktur dafür existiert bereits, denn Deutschland verfügt über ein 511.000 Kilometer langes Gasnetz und 33 Orte mit Gasspeichern. „Dieser Infrastrukturvorteil erlaubt es, ins Erdgasnetz zusätzlich Wasserstoff einzuspeisen“, erklärt Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS.
Kohlenstoffmembran als Trennhelfer
Um am Zielort den Wasserstoff wiedergewinnen zu können, haben Simon und sein Team nun eine Technologie entwickelt, mit der sich Wasserstoff und Erdgas kostengünstig und effizient voneinander trennen lassen. Kernstück der Trennmethode ist eine hauchdünne Kohlenstoffmembran auf einem porösen, keramischen Trägermaterial. Die Poren der Kohlenstoffmembran haben Durchmesser von unter einem Nanometer, wodurch sie sich gut für die Gastrennung eignen.
Im Trennungsprozess werden Wasserstoff und Erdgas durch die röhrenförmigen Module getrieben. Dabei werden die kleineren Wasserstoffmoleküle durch die Poren der Membran gedrückt und gelangen als Gas nach außen, die größeren Methanmoleküle hingegen bleiben zurück. „Auf diese Weise erhalten wir Wasserstoff mit einer Reinheit von 80 Prozent“, berichtet Simon. „Die verbliebenen Erdgasreste filtern wir in einer zweiten Trennstufe aus. So erzielen wir eine Reinheit von über 90 Prozent.“
Nutzbar für Stahlproduktion oder Gebäudeheizung
Ist er einmal am Zielort angelangt, lasst sich Wasserstoff mit diesem Reinheitsgrad für verschiedene Anwendungen nutzen, wie die Forscher erklären. Ein Beispiel ist die Stahlproduktion, in der bisher besonders große Mengen an Treibhausgasemissionen freiwerden. Künftig könnte der Wasserstoff beispielsweise im Hochofen den Kohlenstoff bei der Reduktion von Eisenerz zu Eisen ersetzen und damit einen wichtigen Beitrag zur CO2-Reduktion liefern.
Auch bei der klimafreundlichen Energieversorgung von Gebäuden ist Wasserstoff eine attraktive Option. Bei seiner Verbrennung entstehen Strom und Wärme, als Nebenprodukt fällt lediglich Wasser an. So könnten beispielsweise Blockheizkraftwerke (BHKW) einzelne Gebäudekomplexe oder Stadtviertel mit sauberem Strom und Wärmeenergie beliefern. Auch der Einsatz in Gasthermen ist denkbar.
Derzeit arbeiten die Forschenden des Fraunhofer IKTS daran, die Technik so zu skalieren, dass auch größere Volumina Erdgas und Wasserstoff getrennt werden können. Hierfür ist der Bau von Prototypen bereits in Planung.
Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft
