Dezentrale Wasserstoffproduktion

Kostengünstiger Wasserstoff, dezentral produziert aus erneuerbarem Biogas, hat das Potenzial einen bedeutenden Beitrag für die saubere Mobilität zu liefern. Die Reduktion der klimarelevanten Emissionen verbunden mit der Nutzung von Wasserstoff als Kraftstoff in der Elektromobilität wird vorwiegend durch den Primärenergieträger und das Produktionsverfahren festgelegt.
Der überwiegende Anteil der gegenwärtigen Wasserstoffproduktion entfällt auf die Dampfreformierung von fossilen Energieträgern, wie Erdgas oder Kohle, und findet vor allem in industriellen Großanlagen, mit einer Kapazität von ca. 100.000 m3 Wasserstoff pro Stunde, statt. Dies entspricht 300 MW Wasserstoff bezogen auf den Heizwert, womit diese Produktionsanlagen ausreichend wären, um mehrere hundert Wasserstofftankstellen kostengünstig mit Wasserstoff zu versorgen. Neben den damit verbundenen klimarelevanten Emissionen bei der Produktion, ist auch der Transport von Wasserstoff zur Tankstelle, aufgrund der niedrigen volumetrischen Energiedichte des Wasserstoffes, nur aufwendig durch Komprimierung oder Verflüssigung realisierbar.
Die dezentrale Produktion von erneuerbarem Wasserstoff aus Biogas, in kleinen Einheiten im Kilowatt-Bereich direkt beim Endverbraucher, eröffnet eine umweltfreundliche Alternative zur konventionellen Wasserstoffproduktion.
In der Zusammensetzung unterscheidet sich Biogas, abgesehen von einigen Verunreinigungen, nur durch den höheren Kohlendioxidanteil von Erdgas. Daher können Technologien, welche zur Reformierung von Erdgas entwickelt wurden, verhältnismäßig einfach auch für Biogas adaptiert werden. Für die Umwandlung von Biogas in Biomethan und die Einspeisung in das Erdgasnetz, ist die Erhöhung des Methananteils von 50% auf über 95% durch Abtrennung des Kohlendioxids erforderlich. Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Biogas kann auf diesen Prozessschritt verzichtet werden, da das im Biogas vorhandene Kohlendioxid ebenfalls zur Reformierung verwendet werden kann.
In Österreich wird von einem realisierbaren jährlichen technischen Potenzial an Biogas von 9,5 PJ ausgegangen (Neubarth, 2000). Würde das gesamte Biogas mit einem Wirkungsgrad von 80% zu Wasserstoff reformiert und in Folge in Brennstoffzellen-Fahrzeugen mit einem Verbrauch von 30 kWh Wasserstoff pro 100 Kilometern umgesetzt, könnten damit ca. 700.000 Fahrzeuge jährlich 10.000 km fahren bzw. könnten 10% des Privatverkehrs mit erneuerbarem Wasserstoff aus Biogas abgedeckt werden.
Die gegenwärtig sehr geringe Anzahl an Kunden mit Wasserstoffbedarf verhindert den Aufbau der Wasserstoff-Infrastruktur. Umgekehrt ist eben das Fehlen dieser Infrastruktur ein wesentliches Hemmnis für die Einführung dieser emissionsfreien Technologien. Die dezentrale Struktur der Biogaserzeugung und die kurzen Transportwege des dezentral hergestellten Wasserstoffs erleichtern den kontinuierlichen Aufbau der flächendeckenden Wasserstoffversorgung und senken damit die Eintrittsbarriere zur Wasserstoffinfrastruktur deutlich.
Assoc. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Viktor Hacker
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
Technische Universität Graz
www.icvt.tugraz.at