Energie aus Erdgas ohne Kohlendioxid-Emissionen?

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Energie aus Erdgas kann ohne den Ausstoß von Kohlendioxid-Emissionen gewonnen werden. Dies haben Wissenschaftler mit einem innovativen Verfahren zum "Cracken" nachgewiesen - ein neue Option zum Umbau des Energiesystems.

"Cracken" von Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, ist keine neue Idee. Hierbei wird bei Temperaturen von deutlich über 750 Grad Celsius Methan in seine molekularen Komponenten Wasserstoff und Kohlenstoff ohne die Bildung von Kohlendioxid aufgetrennt. Der dabei entstehende Kohlenstoff ist pulverförmig und qualitativ hochwertig. In bisherigen Versuchsanlagen hat das Pulver zu Verstopfungen der Anlagen geführt. Die Weiterentwicklung bis zur industriellen Produktion war unrealistisch.

Forscher des Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben einen auf Flüssigkeitsmetalltechnologie basierenden Reaktor entwickelt, der nach Optimierungen nun im Labormaßstab erfolgsversprechende Ergebnisse liefert. Professor Thomas Wetzel, Leiter des KALLA- (KArlsruhe Liquid Metal LAboratory) Labors fasst die Versuchsergebnisse zusammen: "Während der zuletzt durchgeführten Versuche lief unser Reaktor ohne Unterbrechung über einen Zeitraum von zwei Wochen. Er erzeugte Wasserstoff mit einer Umwandlungsrate von bis zu 78 Prozent bei Temperaturen von 1.200 Grad Celsius. Dieser kontinuierliche Betrieb ist entscheidend für einen zukünftigen industriell einsetzbaren Reaktor".

Funktionsweise des neu entwickelten Reaktors

Ausgangspunkt der Entwicklung war ein von Professor Carlo Rubbia, Nobelpreisträger und früherer wissenschaftlicher Direktor des IASSs, vorgeschlagener korrosionsbeständiger Reaktor basierend auf Flüssigmetalltechnologie. Kleine Methanbläschen werden von unten in eine mit geschmolzenem Zinn oder einer Mischung aus Zinn und Quarzfüllkörpern gefüllten Säule gegeben und steigen nach oben. Bei der Prozesstemperatur von 1.200 Grad findet beim Aufsteigen der Bläschen die Cracking-Reaktion statt. Der entstehende Kohlenstoff wird an der Bläschenoberfläche abgeschieden. Die Bläschen zerfallen am oberen Ende des Reaktors und der pulverförmige Kohlenstoff wird abgesetzt. Das Pulver kann abgetrennt werden ohne den Reaktor zu verstopfen.

Ökologische und wirtschaftliche Analyse des Verfahrens

Neben der Entwicklung des Verfahrens wurden auch ökologische und wirtschaftliche Aspekte diskutiert. Kostenschätzungen unterliegen großen Unsicherheiten, da das Verfahren noch nicht ausgereift ist. Die ersten Berechnungen ergeben beim Ansatz der derzeitigen Erdgaspreise in Deutschland Kosten von 1,90 bis 3,30 Euro pro Kilogramm Wasserstoff ohne den Marktwert des Nebenprodukts Kohlenstoff für die Produktion von Stahl, Kohlenstofffasern oder anderen kohlenstoffbasierten Strukturen und Materialien einzurechnen.

Die Forscher weisen auch darauf hin, dass die Lagerfähigkeit des Kohlenstoffpulvers im Gegensatz zur Speicherung von Kohlendioxid deutlich leichter, sicherer und kostengünstiger wäre. Forscher des IASS erarbeiten gemeinsam mit der RWTH Aachen eine Lebenszyklusanalyse einer hypothetischen kommerziellen Anlage und haben dabei bereits festgestellt, dass das Cracken von Methan mit der Wasserelektrolyse vergleichbar ist, aber über 50 Prozent sauberer als das derzeit häufig verwendete Verfahren der Dampf-Methan-Reformierung (SMR).

Professor Carlo Rubbia fasst den Stellenwert der Entwicklung zusammen: "Unsere Versuchsergebnisse und alle ökologischen und wirtschaftlichen Analysen zeigen, dass das Cracken von Methan eine mögliche Option für den Umbau unseres Energiesystems ist. Das Verfahren könnte die Rolle einer Brückentechnologie übernehmen. Mit ihr ließe sich das Energiepotenzial von Erdgas nutzen. Gleichzeitig würde das Klima geschützt und die Einbindung eines sauberen Energieträgers wie Wasserstoff in unser Energiesystem erleichtert."