{"id":133373,"date":"2023-10-18T07:14:00","date_gmt":"2023-10-18T05:14:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=133373"},"modified":"2023-10-16T09:46:02","modified_gmt":"2023-10-16T07:46:02","slug":"gruner-wasserstoff-ko-produktion-von-wertvollen-chemikalien-steigert-die-wirtschaftlichkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/gruner-wasserstoff-ko-produktion-von-wertvollen-chemikalien-steigert-die-wirtschaftlichkeit\/","title":{"rendered":"Gr\u00fcner Wasserstoff: Ko-Produktion von wertvollen Chemikalien steigert die Wirtschaftlichkeit"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Dass es funktioniert, ist klar: Schon heute gibt es verschiedene Ans\u00e4tze, um Solarenergie f\u00fcr die Elektrolyse von Wasser zu nutzen und Wasserstoff zu produzieren. Leider ist dieser gr\u00fcne Wasserstoff bislang teurer als grauer Wasserstoff aus Erdgas. Doch gr\u00fcner Wasserstoff hergestellt durch Sonnenlicht kann profitabel werden, zeigt eine Studie aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Technischen Universit\u00e4t Berlin.<\/strong><\/p>\n\n\n

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\"Illustration
Illustration der solarbetriebenen gekoppelten photoelektrochemischen PEC- und Hydrierungsanlage. Die gekoppelte Anlage nutzt Sonnenlicht zur Erzeugung von Wasserstoff. Ein Teil des Wasserstoffs reagiert in situ mit aus Biomasse gewonnenen Ausgangsstoffen zu wertvollen Chemikalien. Der verbleibende Wasserstoff kann als Energiespeicher, Brennstoff oder industrielle Anwendungen verwendet werden. Die hydrierten Produkte sind wertvolle Chemikalien, die in der chemischen und pharmazeutischen Industrie sehr gefragt sind. Der Anteil des Wasserstoffs, der f\u00fcr die Hydrierungsreaktion verwendet wird, kann an den Bedarf angepasst werden, indem die Zufuhr von Biomasse-Einsatzmaterial und die Katalysatorkonzentrationen entsprechend geregelt werden. Durch Umschalten zwischen “Feedstock A + Katalysator A” und “Feedstock B + Katalysator B” k\u00f6nnen in derselben PEC-Anlage unterschiedliche Hydrierungsprodukte hergestellt werden. \u00a9<\/strong> Hassan Tahini, ScienceBrush Design \/ ver\u00f6ffentlicht in https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-023-41742-4 unter cc-by<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Ein Teil des Wasserstoffs wird genutzt, um Rohchemikalien aus Biomasse zu hochwertigen Chemikalien f\u00fcr die Industrie aufzubereiten. Dieses Konzept der Ko-Produktion ist sehr flexibel; in derselben Anlage k\u00f6nnen je nach Bedarf unterschiedliche Produkte hergestellt werden. So bald wie m\u00f6glich m\u00fcssen wir ohne fossile Brennstoffe auskommen, um die globale Klimaerw\u00e4rmung zu begrenzen. Im Energiesystem der Zukunft wird gr\u00fcner Wasserstoff<\/strong> daher eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung, als Brennstoff und als erneuerbarer Rohstoff f\u00fcr die Herstellung von Chemikalien spielen.<\/p>\n\n\n\n

Aktuell wird Wasserstoff allerdings haupts\u00e4chlich aus fossilem Erdgas gewonnen (grauer Wasserstoff). Gr\u00fcner Wasserstoff hingegen wird durch Elektrolyse von Wasser mit Hilfe erneuerbarer Energien hergestellt. Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von photoelektrochemischen Anlagen (PEC) zur Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenenergie. Allerdings ist Wasserstoff aus PEC-Anlagen noch viel teurer als Wasserstoff aus (fossilem) Methan.<\/p>\n\n\n\n

Volle Kontrolle \u00fcber die Reaktionen <\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Ein Team um den Chemiker Fatwa Abdi (bis Mitte 2023 am HZB, nun an der City University in Hongkong) und Reinhard Schom\u00e4cker (UniSysCat, TU Berlin) hat nun untersucht, wie sich die Bilanz ver\u00e4ndert, wenn ein Teil des Wasserstoffs genutzt wird, um mit Itacons\u00e4ure (IA) Methylbernsteins\u00e4ure (MSA) zu erzeugen \u2013 und zwar innerhalb derselben PEC-Anlage. Der Ausgangsstoff Itacons\u00e4ure stammt dabei aus Biomasse und wird zugef\u00fchrt. Methylbernsteins\u00e4ure ist eine hochwertige Chemikalie, die von der chemischen und pharmazeutischen Industrie ben\u00f6tigt wird. In der Studie beschreibt das Team, wie sich die chemischen Reaktionen in der PEC-Anlage steuern lassen: Daf\u00fcr variierten sie Prozessparameter und die Konzentration des homogenen Katalysators auf Rhodiumbasis, der wasserl\u00f6slich und bereits bei Raumtemperatur aktiv ist. So konnten sie unterschiedlich gro\u00dfe Anteile des Wasserstoffs f\u00fcr die Hydrierung von Itacons\u00e4ure nutzen und gezielt die Produktion von Methylbernsteins\u00e4ure hoch- oder herunter regeln.<\/p>\n\n\n\n

Ab 11% Wasserstoff f\u00fcr MSA wird die Anlage wirtschaftlich <\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Bei einem realistischen Wirkungsgrad der PEC-Anlage von 10 Prozent und unter Ber\u00fccksichtigung von Prim\u00e4rkosten sowie Betriebs-, Wartungs- und Stilllegungskosten bleibt die reine PEC-Wasserstoffproduktion zu teuer im Vergleich mit der Produktion aus fossilem Methan. Das gilt sogar dann, wenn man die Lebensdauer der PEC-Anlage mit 40 Jahren ansetzt.<\/p>\n\n\n\n

Diese Bilanz \u00e4ndert sich, wenn die PEC-Reaktion mit dem Hydrierungsprozess gekoppelt wird. Selbst wenn nur 11 % des erzeugten Wasserstoffs in MSA umgewandelt werden, sinken die Kosten auf 1,5 \u20ac pro Kilogramm Wasserstoff und liegen damit auf dem gleichen Niveau wie f\u00fcr Wasserstoff aus der Methandampfreformierung. Dies gilt schon ab einer Lebensdauer der PEC-Anlage von nur 5 Jahren! Da der Marktpreis von MSA deutlich h\u00f6her ist als der von Wasserstoff, erh\u00f6ht mehr MSA die Rentabilit\u00e4t weiter. Im Experiment war es m\u00f6glich, gezielt zwischen 11% und bis zu 60 % des Wasserstoffs f\u00fcr die Produktion von MSA zu nutzen.<\/p>\n\n\n\n

Zus\u00e4tzlich, das zeigten die Forschungsteams in einer fr\u00fcheren Studie, reduziert die Ko-Produktion von MSA auch die so genannte energetische Amortisationszeit, also die Zeit, in der die Anlage laufen muss, um die Energie wieder hereinzuholen, die ihre Produktion gekostet hat.<\/p>\n\n\n\n

Ko-Produktion ist flexibel umschaltbar <\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Ein gro\u00dfes Plus der hier vorgestellten Technologie: Statt MSA lassen sich im Prinzip auch andere Verbindungen in der Anlage als Ko-Produkte erzeugen, wenn man andere Ausgangsstoffe und Katalysatoren einsetzt, zum Beispiel lie\u00dfe sich Aceton zu Isopropanol hydrieren. \u201eWir haben hier einen vielversprechenden Weg entdeckt, um die solare Wasserstofferzeugung wirtschaftlich zu machen\u201c, sagt Fatwa Abdi.<\/p>\n\n\n\n

Die Studie wurde im Rahmen des Berliner Exzellenzclusters\u00a0\u201eUniSysCat\u201c (Unifying Systems in Catalysis)<\/a>\u00a0durchgef\u00fchrt und von der Exzellenzinitiative der Helmholtz-Gemeinschaft gef\u00f6rdert.<\/p>\n\n\n\n

Originalpublikationen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Nature communications (2023): Solar-driven upgrading of biomass by coupled hydrogenation using in situ (photo)electrochemically generated H2,\u00a0Keisuke Obata, Michael Schwarze, Tabea A. Thiel, Xinyi Zhang, Babu Radhakrishnan, Ibbi Y. Ahmet, Roel van de Krol, Reinhard Schom\u00e4cker & Fatwa F. Abdi,<\/em>\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-023-41742-4<\/a><\/p>\n\n\n\n

Anmerkung:<\/strong> In einer vorherigen Studie, die vor wenigen Monaten in Nature communications ver\u00f6ffentlich wurde, hat das Team um Fatwa Abdi bereits gezeigt, dass sich durch die Koproduktion von MSA auch die energetische Amortisationszeit des direkten PEC-Ansatzes reduziert.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Nature communications (2023) Sustainable H2 production and hydrogenation of chemicals in a coupled photoelectrochemical device \u2013 a life cycle net energy assessment,\u00a0Xinyi Zhang, Michael Schwarze, Reinhard Schom\u00e4cker, Roel van de Krol, and Fatwa F. Abdi<\/em>,\u00a0<\/strong>Institute for Solar Fuels, Helmholtz-Zentrum und Technische Universit\u00e4t Berlin,\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-023-36574-1<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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