Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft haben eine Technologie entwickelt, mit der sich Wasserstoff und Erdgas kosteng\u00fcnstig und effizient voneinander trennen lassen. Die Membran-Technologie macht es damit m\u00f6glich, die beiden Stoffe gemeinsam durch das bundesweite Erdgasnetz zu leiten und am Zielort voneinander zu trennen. F\u00fcr den Transport und die Verteilung des Energietr\u00e4gers Wasserstoff ist dies ein gro\u00dfer Fortschritt.<\/p>\n
Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Keramische Technologien und Systeme IKTS erforscht neben Werkstoffen aus Keramik auch das Potenzial anderer Materialien, wie beispielsweise Kohlenstoff. Dieser k\u00f6nnte nun im Zusammenhang mit dem Trend zum Energietr\u00e4ger Wasserstoff eine wichtige Rolle spielen. Wasserstoff gilt als Hoffnungstr\u00e4ger beim Aufbau einer CO2-freien Energieversorgung. Wird er aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne gewonnen, entstehen keine klimasch\u00e4dlichen Emissionen. Doch wie bringt man diesen \u00bbgr\u00fcnen\u00ab Wasserstoff vom Erzeuger zum Verbraucher? Ein fl\u00e4chendeckendes Verteilernetz f\u00fcr Wasserstoff gibt es derzeit in Deutschland noch nicht.<\/p>\n
An L\u00f6sungen f\u00fcr diese Problematik arbeitet die Projektinitiative HYPOS (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany). Ziel ist, eine intelligente Infrastruktur aus Verteilernetzen und Speicherstationen zu schaffen, die den sauberen Energietr\u00e4ger in allen Regionen zur Verf\u00fcgung stellt.
\nWasserstoff \u00fcber das Erdgasnetz verteilen<\/p>\n
Die Projektpartner in HYPOS verfolgen unter anderem den Ansatz, den Wasserstoff (H2) gemeinsam mit dem Erdgas (Hauptbestandteil Methan, CH4) zu transportieren. Schlie\u00dflich verf\u00fcgt Deutschland \u00fcber ein 511 000 Kilometer langes Gasnetz und 33 Orte mit Gasspeichern. \u00bbDieser Infrastrukturvorteil erlaubt es, ins Erdgasnetz zus\u00e4tzlich Wasserstoff einzuspeisen. Beide Stoffe k\u00f6nnen gemeinsam in einer Leitung transportiert werden. Am Zielort lassen sie sich bedarfsgerecht wieder voneinander trennen\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS.
\nDie insgesamt 19 Kan\u00e4le in der Kohlenstoff-Membran vergr\u00f6\u00dfern deren Oberfl\u00e4che und erm\u00f6glichen somit einen gr\u00f6\u00dferen Stoffdurchsatz. Foto: Fraunhofer<\/p>\n
Hier kommt der Kohlenstoff ins Spiel. Dieser befindet sich als hauchd\u00fcnne Schicht auf einem por\u00f6sen, keramischen Tr\u00e4germaterial und dient als Membran, die Erdgas und Wasserstoff voneinander trennt. Die Membranherstellung umfasst mehrere Schritte, beginnend mit der ma\u00dfgeschneiderten Polymersynthese. Polymere sind Stoffe, die aus verzweigten Ketten von Makromolek\u00fclen bestehen. Diese werden anschlie\u00dfend auf das por\u00f6se Tr\u00e4germaterial aufgebracht. Durch Erhitzen unter gleichzeitigem Ausschluss von Sauerstoff bildet das Polymer an seiner Oberfl\u00e4che eine Kohlenstoff-Schicht aus. Im Kohlenstoff haben die Poren einen Durchmesser von unter einem Nanometer, wodurch sie sich gut f\u00fcr die Gastrennung eignen. Das Trennverhalten der Membran l\u00e4sst sich durch physikalische und chemische Prozesse noch weiter einstellen. Bei der Entwicklung der r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Kohlenstoff-Membranen hat das Fraunhofer IKTS mit dem Leipziger Unternehmen DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH zusammengearbeitet.<\/p>\n
Im Trennungsprozess werden Wasserstoff und Erdgas durch die r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Module getrieben. Dabei werden die kleineren Wasserstoffmolek\u00fcle durch die Poren der Membran gedr\u00fcckt und gelangen als Gas nach au\u00dfen, die gr\u00f6\u00dferen Methanmolek\u00fcle hingegen bleiben zur\u00fcck. \u00bbAuf diese Weise erhalten wir Wasserstoff mit einer Reinheit von 80 Prozent. Die verbliebenen Erdgasreste filtern wir in einer zweiten Trennstufe aus. So erzielen wir eine Reinheit von \u00fcber 90 Prozent\u00ab, erkl\u00e4rt Simon.
\nEmissionsfreie Strom- und W\u00e4rmeversorgung in Geb\u00e4uden<\/p>\n
Wasserstoff mit diesem Reinheitsgrad l\u00e4sst sich f\u00fcr verschiedene Anwendungen nutzen, beispielsweise in der Stahlproduktion. Hier ersetzt er im Hochtemperaturofen den Kohlenstoff bei der Reduktion von Eisenerz zu Eisen und liefert damit einen wichtigen Beitrag zur CO2-Reduktion. Auch bei der klimafreundlichen Energieversorgung von Geb\u00e4uden ist Wasserstoff eine attraktive Option. Bei der Verbrennung entstehen Strom und W\u00e4rme, als Nebenprodukt f\u00e4llt lediglich Wasser an. So k\u00f6nnten beispielsweise Blockheizkraftwerke (BHKW) einzelne Geb\u00e4udekomplexe oder Stadtviertel mit sauberem Strom und W\u00e4rmeenergie beliefern. Auch der Einsatz in Gasthermen ist denkbar.<\/p>\n
Derzeit arbeiten die Forschenden des Fraunhofer IKTS daran, die Technik so zu skalieren, dass auch gr\u00f6\u00dfere Volumina Erdgas und Wasserstoff getrennt werden k\u00f6nnen. Hierf\u00fcr ist der Bau von Prototypen bereits in Planung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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