CO2-negativer Wasserstoff durch Methan-Cracking: TH Köln optimiert klimapositive Produktion
Die TH Köln entwickelt im Forschungsvorhaben H2MikroPlas (CO2-negativer Wasserstoff aus regenerativen Gasen mittels Mikrowellen-Plasma-Cracking)gemeinsam mit Partnern ein Verfahren zur Herstellung von CO2-negativem Wasserstoff durch Methan-Cracking mit Biomethan. Ziel ist eine nachhaltige, wirtschaftliche und dezentrale Produktion von klimafreundlichem Wasserstoff und Carbon Black.
Die TH Köln und ihre Partner möchten künftig CO2-negativen Wasserstoff herstellen. Dafür soll der bereits bekannte Prozess des Methan-Crackings weiterentwickelt und für die industrielle Produktion angepasst werden. Neben Wasserstoff entsteht dabei fester Kohlenstoff, auch Carbon Black genannt, der ein wichtiger Rohstoff etwa für die Kunststoff- oder Batterietechnik ist.
Foto: PantherMedia / thomaseder
Die Technische Hochschule Köln und ihre Forschungspartner haben sich beim Forschungsvorhaben H2MikroPlas (CO2-negativer Wasserstoff aus regenerativen Gasen mittels Mikrowellen-Plasma-Cracking)ein ambitioniertes Ziel gesetzt: Die Entwicklung eines industriell einsetzbaren Verfahrens zur Herstellung von CO2-negativem Wasserstoff. Grundlage ist der Prozess des Methan-Crackings, bei dem Wasserstoff und fester Kohlenstoff durch Mikrowellenplasma aus Methan abgespalten werden. Dieser zukunftsweisende Ansatz verspricht nicht nur eine emissionsfreie, sondern eine klimapositive Wasserstoffproduktion.
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Methan-Cracking als Schlüssel zur Klimapositivität
„Beim Methan-Cracking wird das Gas durch ein Mikrowellenplasma geleitet, das den Wasserstoff vom Kohlenstoff trennt. Es entstehen also zwei Rohstoffe, die aufgefangen und weiterverwendet oder vermarktet werden können“, erläutert Prof. Dr. Peter Stenzel vom Cologne Institute for Renewable Energy der TH Köln. Der Prozess funktioniert bisher mit Erdgas im Labormaßstab. Nun soll er auf Biomethan aus Biotonne und Deponiegas ausgeweitet und für den industriellen Einsatz skaliert werden.
Biomethan als CO2-neutrale Ausgangsbasis
Im Gegensatz zu Erdgas enthält Biogas zahlreiche Begleitstoffe. „Wir stehen also vor der Aufgabe, eine Gasaufbereitung vorzuschalten und den Produktionsprozess so robust zu gestalten, dass kleinere Verunreinigungen und Gasbestandteile wie Stickstoff kein Problem darstellen“, sagt Dr. Patrick Beuel, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt. Ziel ist es, sogar Deponiegas mit variabler Zusammensetzung effizient zu nutzen und so eine flexible Wasserstoffproduktion zu ermöglichen.
Technologietransfer: Vom Labor zur Containerlösung
Die industrielle Skalierung erfolgt durch den Projektpartner iplas GmbH, der den bestehenden Laborreaktor für die Praxis weiterentwickelt. Der Mikrowellenreaktor, Herzstück des Verfahrens, soll in einem mobilen Containerformat umgesetzt werden. „Es ist absolut faszinierend, wie das transparente Biomethan durch das Mikrowellenplasma geleitet wird und auf einmal der abgetrennte Kohlenstoff als feines Pulver herabrieselt“, beschreibt Beuel.
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Zwei Produkte, ein Prozess: Wasserstoff und Carbon Black
Der abgeschiedene Kohlenstoff wird als Carbon Black gewonnen – ein gefragter Rohstoff für die Kunststoff- und Batterietechnik. Die ayxesis GmbH entwickelt ein System zur kontinuierlichen, luftdichten Abführung und Verpackung der Nanopartikel. Der Kohlenstoff könnte in der Industrie ebenso eingesetzt werden wie als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft, was den CO2-Fußabdruck weiter reduziert.
Kernherausforderung: Kontinuierlicher Betrieb trotz Variabilität
„Unsere größte Herausforderung angesichts des nicht immer absolut reinen Ausgangsmaterials und des schwierig zu handhabenden Carbon Black ist es, einen kontinuierlichen Prozess darzustellen, der im realen Einsatz rund um die Uhr laufen muss“, betont Prof. Stenzel. Die Brockhaus Lennetal GmbH übernimmt die verfahrenstechnische Auslegung für eine vollintegrierte, mobile Containerlösung.
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Klimapositive Innovation: Der goldene Wasserstoff
Die Einordnung der Wasserstoffproduktion erfolgt bisher nach Farbkategorien: Grau, Blau, Grün, Türkis. Doch Prof. Stenzel hebt hervor: „Die ‚beste‘ Variante ist bislang der grüne Wasserstoff, der klimaneutral mit regenerativem Strom in Elektrolyseuren hergestellt wird. Dies wird unserem Projektziel aber nicht gerecht, da wir beim Plasma-Cracking von Biomethan der Atmosphäre sogar CO2 entziehen. Man könnte also von ‚goldenem Wasserstoff‘ als neue Kategorie für Wasserstoff mit einem negativen CO2-Fußabdruck sprechen.“
Förderung für nachhaltige Energietechnologien
Das Projekt H2MikroPlas wird bis März 2028 durch die Europäische Union und das Land NRW im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NRW gefördert. Mit einem Volumen von rund 3,2 Millionen Euro werden Forschung, Anlagenentwicklung und Praxistests am Lehr- und Forschungszentrum :metabolon finanziert.
Fazit: Neue Perspektiven für die Wasserstoffwirtschaft
Die Kombination aus CO2-negativer Wasserstoffproduktion und industriell nutzbarem Carbon Black macht das Projekt H2MikroPlas nach Ansicht der Forschenden zu einem wegweisenden Baustein für die Energiewende. Durch die mobile Containerlösung wird eine dezentrale Umsetzung ermöglicht, die sich flexibel in bestehende Infrastrukturen integrieren lässt. So könnte der sogenannte goldene Wasserstoff zur neuen Benchmark in Sachen Nachhaltigkeit avancieren – klimafreundlich, wirtschaftlich und zukunftsfähig.
