Forscher dieser TU München wollen mit einer neuen Methanpyrolyse-Technologie aus Bio-Gas Wasserstoff Vorteil verschaffen und hier Kohlendioxid aus dieser Lufthülle staubsaugen

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Seine Gewinnung aus Methan setzt jedoch große Mengen CO2 frei. Ein Münchner Forschungsteam will das Bio-Gas jetzt mit einer neuen Technologie zum Klimaretter adeln.

Wasserstoff gilt als ein möglicher Treibstoff für die Mobilität der Zukunft.

© Alexander Kirch/Panther Media

Methan hat einen schlechten Ruf. Denn die Verbindung von einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen soll viermal so klimawirksam sein wie das verwandte Molekül CO2, das aus Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Methan liegt entweder abgeschlossen unter der Erde als Erdgas vor, oder es entsteht bei der Vergärung von Biomasse, so zum Beispiel in Kuhmägen oder Biogasanlagen.

Nutzbar wird Methan, indem man es verbrennt, oder zum Energieträger Wasserstoff verarbeitet – beides aktuell mit einer ähnlich schlechten Klimabilanz, wie Florian Kerscher vom Lehrstuhl für Energiesysteme an der TU München erklärt: „Aktuell wird für die Wasserstoffgewinnung Wasserdampf mit Methan gemischt.“

Durch zusätzlichen Energieeintrag reagieren beide Moleküle zu nutzbarem Wasserstoff und CO2, das in die Atmosphäre entweicht“, so Kerscher.

Denn der vom Wasserstoff abgetrennte Kohlenstoff verbindet sich mit dem Sauerstoff aus dem Wasserdampf zum geächteten Klimagas. Das Ergebnis ist „grauer“ Wasserstoff. Dieses Verfahren heißt Dampfreformierung.

In jüngerer Vergangenheit setzt sich deshalb immer mehr der konkurrierende „grüne“ Wasserstoff durch. Hierbei werden mittels Elektrolyse Wasseratome mit Strom aus nachhaltigen Quellen aufgespalten. Aber die Technologie ist relativ energieaufwendig, wie Kerscher erklärt: „Bei der Elektrolyse muss man etwa eine Kilowattstunde (KWh) Strom einbringen, um 0,6 KWh Wasserstoff zu erhalten.“

TU-Prozess-Ingenieur Florian Kerscher

© PHOTOGENIKA

Übrig bleibt nur reiner Kohlenstoff

Darum will der TU-Wissenschaftler mit einer neuen Technologie Methan klimafreundlich aufspalten: „Dafür entwickeln wir eine bestimmte Form der Methanpyrolyse“, so Kerscher.

Bei der Pyrolyse wird das Methan im Gegensatz zur Dampfreformierung unter Sauerstoffabschluss aufgespalten: „Dadurch fällt der Kohlenstoff fest aus und oxidiert nicht zu CO2“, erklärt der Physiker.

Die Grundidee ist nicht ganz neu, wohl aber die Umsetzung: „Wir nutzen für den Energieeintrag ein Elektronenstrahlplasma, das heißt, wir beschleunigen Teilchen und schicken sie durch das Methan“, so Kerscher. Das Ergebnis: Wasserstoff und Kohlenstoff in Reinform ohne Emissionen.

Zwar werden aktuell weltweit Pilotanlagen für ähnliche Verfahren gebaut, doch der Elektronenstrahl verspricht besonders effizient zu sein: „Unseren Berechnungen zufolge ist es möglich, aus einer KWh Strom drei KWh Wasserstoff zu erzeugen“, so Kerscher. Das ist möglich, weil in Methan Energie gespeichert ist – im Gegensatz zu Wasser.

Das zweite Ergebnis der Methanpyrolyse ist Kohlenstoff: „Und ohne Sauerstoff fällt der Kohlenstoff fest aus, kann das Klima also nicht beeinflussen“, erläutert der Prozessingenieur.

Doch mit der Methanpyrolyse kann man sogar mehr erreichen als Klimaneutralität: „Bisher wird für die Wasserstoffproduktion größtenteils Erdgas verwendet“, erklärt Kerscher, „das macht den Prozess klimaneutral“. Denn das Erdgas liegt abgeschlossen vor, gelangt also nicht in die Atmosphäre. Bei der Pyrolyse wird der Kohlenstoff fest gebunden, kann das Klima also ebenfalls nicht beeinflussen.

Emmissionen können negativ werden

„Wenn wir jetzt aber Methan aus biogenen Quellen verwenden, dann entziehen wir der Atmosphäre langfristig CO2“, führt Kerscher aus. Denn Pflanzen binden bei der Photosynthese CO2 in Form von Kohlenstoff. „Vergärt man die Pflanzen zu Methan und unterzieht das Gas der Pyrolyse, wird der Kohlenstoff langfristig unschädlich gemacht“, summiert der TU-Wissenschaftler.

Der so gebundene Kohlenstoff kann auch praktisch genutzt werden. Wie genau, muss die Praxis zeigen, erklärt Kerscher: „In welcher Struktur genau der Kohlenstoff ausfällt, können wir erst sagen, wenn wir die Methanpyrolyse nicht nur berechnet, sondern auch experimentell durchgeführt haben.“

Doch jetzt schon lässt sich sagen, dass sogar einfachste Kohlenstoffteile sinnvoll genutzt werden können: „Durch seine hohe Oberfläche hat Kohlenstoff beispielsweise gute Speichereigenschaften von Wasser und Pflanzennährstoffen in Böden und kann als Bodenverbesserungsmittel die Fruchtbarkeit erhöhen“, so Kerscher.

So könne man beispielsweise die Begrünung von Wüstengebieten unterstützen. Doch das ist nicht das Ende der Fahnenstange: Möglicherweise lässt sich der Kohlenstoff auch aufbereiten, um die Basis für hochwertige Carbon-Werkstoffe zu bilden.

Rubriklistenbild: © Alexander Kirch/Panther Media