Weit­rei­chen­des Sys­tem für grü­nen Wasserstoff

Was­ser­stoff-For­schen­de der TU Graz haben gemein­sam mit Rouge H2 Engi­nee­ring ein kos­ten­güns­ti­ges Ver­fah­ren zur dezen­tra­len Erzeu­gung von hoch­rei­nem Was­ser­stoff entwickelt.

Als alter­na­ti­ve Antriebs­tech­no­lo­gie im Ver­kehrs­sek­tor spielt Was­ser­stoff bei der Ener­gie­wen­de eine bedeu­ten­de Rol­le. Der­zeit ist er aber noch nicht mas­sen­taug­lich: Was­ser­stoff wird über­wie­gend zen­tral aus fos­si­len Roh­stof­fen erzeugt und in einem teu­ren sowie ener­gie­in­ten­si­ven Pro­zess kom­pri­miert oder ver­flüs­sigt, um ihn anschlie­ßend an Tank­stel­len lie­fern zu kön­nen. Dort braucht es teu­re Infra­struk­tur mit hohen Inves­ti­ti­ons­kos­ten, um gro­ße Men­gen an Was­ser­stoff zu speichern.

Die Arbeits­grup­pe Brenn­stoff­zel­len und Was­ser­stoff­sys­te­me am Insti­tut für Che­mi­sche Ver­fah­rens­tech­nik und Umwelt­tech­nik hat des­halb nach Mög­lich­kei­ten gesucht, die Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on attrak­ti­ver zu machen. Im Rah­men des For­schungs­pro­jek­tes HyS­tORM (Hydro­gen Sto­rage via Oxi­da­ti­on and Reduc­tion of Metals) ent­wi­ckel­te das Team rund um Arbeits­grup­pen­lei­ter Vik­tor Hacker eine soge­nann­te „Che­mi­cal-Loo­ping Hydro­gen-Metho­de“, ein neu­es nach­hal­ti­ges und inno­va­ti­ves Ver­fah­ren zur dezen­tra­len und kli­ma­neu­tra­len Was­ser­stoff­er­zeu­gung. Die­ser mehr­fach aus­ge­zeich­ne­te For­schungs­er­folg mün­de­te in einem kom­pak­ten und platz­spa­ren­den On-Site-On-Demand-Sys­tem (OSOD) für Tank­stel­len und Ener­gie­an­la­gen, das von Rouge H2 Engi­nee­ring ent­wi­ckelt und ver­trie­ben wird. Die­ses Sys­tem soll zukünf­tig ein wich­ti­ger Puz­zle­stein auf dem Weg zur flä­chen­de­cken­den Ver­füg­bar­keit von nach­hal­ti­gem Was­ser­stoff werden.

OSOD ist ein Was­ser­stoff­ge­ne­ra­tor mit inte­grier­ter Spei­cher­vor­rich­tung in einem Sys­tem. Die Was­ser­stoff­er­zeu­gung erfolgt durch die Umwand­lung von Bio­gas, Bio­mas­se oder Erd­gas zu einem Syn­the­se­gas. Die dar­in ent­hal­te­ne Ener­gie wird dann mit­hil­fe eines Redox-Ver­fah­rens (Reduk­ti­ons-Oxi­da­ti­ons-Ver­fah­rens) in einem Metall­oxid gespei­chert, das voll­kom­men ver­lust­frei gela­gert und gefahr­los trans­por­tiert wer­den kann. Die anschlie­ßen­de bedarfs­ori­en­tier­te Pro­duk­ti­on des Was­ser­stoffs erfolgt durch die Zufuhr von Was­ser in das Sys­tem. Das eisen­ba­sier­te Mate­ri­al wird mit Dampf beschickt und hoch­rei­ner Was­ser­stoff wird freigesetzt.

Die­ser Pro­zess macht das Sys­tem auch für klei­ne­re Anwen­dun­gen inter­es­sant, wie TU Graz-Was­ser­stoff-For­scher Sebas­ti­an Bock erklärt: „Der­zei­ti­ge kon­ven­tio­nel­le Ver­fah­ren zur Was­ser­stoff­er­zeu­gung aus Bio­gas oder ver­gas­ter Bio­mas­se benö­ti­gen auf­wen­di­ge und kos­ten­in­ten­si­ve Gas­rei­ni­gungs­ver­fah­ren wie bei­spiels­wei­se die Druck­wech­sel-Adsorp­ti­on – ein Trenn­ver­fah­ren, bei dem der Was­ser­stoff in meh­re­ren Schrit­ten aus dem Gas­ge­misch iso­liert wird. Das funk­tio­niert in gro­ßem Maß­stab sehr gut, ist aber schlecht auf klei­ne­re, dezen­tra­le Anla­gen ska­lier­bar. Unser Ver­fah­ren erzeugt durch den Redox-Zyklus auf Was­ser­dampf­ba­sis aber ohne­hin nur hoch­rei­nen Was­ser­stoff – es ist also gar kein Gas­rei­ni­gungs­schritt mehr notwendig.“

Des­halb ist das OSOD-Sys­tem belie­big ska­lier­bar und eig­net sich ins­be­son­de­re für dezen­tra­le Anwen­dun­gen mit gerin­gen Ein­spei­sungs­ra­ten in Labors sowie für klei­ne­re indus­tri­el­le Sys­te­me, aber auch für grö­ße­re Ein­hei­ten wie Was­ser­stoff­tank­stel­len oder Bio­gas­an­la­gen zur Wasserstofferzeugung.

Neben der Bereit­stel­lung hoch­rei­nen Was­ser­stoffs ver­weist Ger­not Voi­tic, Lead Pro­ject Mana­ger R&D bei Rouge H2 Engi­nee­ring, außer­dem auf einen wei­te­ren Vor­teil der neu­en Tech­no­lo­gie: „Das OSOD-Sys­tem kann bei gerin­ger Nach­fra­ge in den Stand­by-Modus wech­seln und die Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on jeder­zeit bei Bedarf wie­der auf­neh­men. Die­se bedarfs­ori­en­tier­te Frei­set­zung und der inte­grier­te Spei­cher sind der USP des OSOD H2 Gene­ra­tors, der sich dadurch von ande­ren ähn­li­chen Pro­duk­ten abhebt.“

Rouge H2 Engi­nee­ring und die For­schen­den fokus­sie­ren sich bereits auf den nächs­ten Schritt: Der­zeit wird das Sys­tem im indus­tri­el­len Maß­stab noch mit Erd­gas betrie­ben. Die Grup­pe möch­te es nun auch für Bio­gas, Bio­mas­se und ande­re regio­nal ver­füg­ba­re Roh­stof­fe nutz­bar machen. Bio­gas­an­la­gen bei­spiels­wei­se könn­ten damit zukünf­tig noch kon­kur­renz­fä­hi­ger wer­den und statt Strom zusätz­lich auch grü­nen Was­ser­stoff pro­du­zie­ren, der für nach­hal­ti­ge Mobi­li­täts­kon­zep­te genutzt wird.