Wasserstoff könnte in Zukunft ein wichtiger Energieträger im Zuge der Energiewende werden und gilt neben der reinen Elektromobilität auch als potenziell wichtige Säule in der Mobilitätswende. Allerdings gibt es mit Wasserstoff als Energieträger ein Problem: Die entsprechende Infrastruktur steckt noch in den Kinderschuhen und ihr Ausbau ist teuer. Forscher des Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben nun eine Methode entwickelt, mit der Wasserstoff kostengünstig parallel zu Erdgas über das Erdgas-Netz transportiert werden könnte.


So sieht das Modul aus, dass die beiden Gase wieder trennt. Die Forscher arbeiten bereits daran, die Methode zu skalieren.
Bild: Fraunhofer

Wasserstoff soll besser nutzbar gemacht werden

Am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS wird neben Werkstoffen aus Keramik auch am Potenzial anderer Stoffe geforscht – so zum Beispiel auch an Kohlenstoff. Und dieser spielt eine entscheidende Rolle bei der von den Forschern entwickelten Methode zum Transport von Wasserstoff im Erdgasnetz.

Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger, wenn es um den Aufbau einer CO2-freien Energieversorgung geht – vor allem dann, wenn er mit Hilfe erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder Sonne gewonnen wird. Der Transport des „grün“ erzeugten Wasserstoffs vom Erzeuger zum Verbraucher stellt indes nach wie vor ein Problem dar, da schlicht kein flächendeckendes Verteilernetz für Wasserstoff existiert. Die Projektinitiative HYPOS (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany) möchte dieses Problem lösen und eine intelligente Infrastruktur aus Verteilernetzen und Speicherstationen schaffen, die die flächendeckende Nutzung von Wasserstoff als Energieträger ermöglichen können.


Wasserstoff und Erdgas gemeinsam transportieren

In Deutschland gibt es ein gut ausgebautes Erdgasnetz, das insgesamt 511 000 Kilometer an Leitungen umfasst und 33 Orte mit Gasspeichern beinhaltet. Ein Ansatz von HYPOS ist es, Wasserstoff gemeinsam mit Erdgas zu transportieren. „Dieser Infrastrukturvorteil erlaubt es, ins Erdgasnetz zusätzlich Wasserstoff einzuspeisen. Beide Stoffe können gemeinsam in einer Leitung transportiert werden. Am Zielort lassen sie sich bedarfsgerecht wieder voneinander trennen„,so Dr. Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS.

Diese Trennung erfolgt mit Hilfe von Kohlenstoff, der als hauchdünne Schicht auf ein poröses Trägermaterial aufgebracht werden und dann als Membran dienen kann, die das Erdgas und den Wasserstoff voneinander trennt. Diese Membran wird in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt, bei der ein maßgeschneidertes Polymer auf das Trägermaterial aufgebracht wird und dann unter Erhitzen eine Kohlenstoffschicht bildet. Die Poren des Kohlenstoffs haben nur einen Durchmesser von wenigen Nanometern, das Material eignet sich daher gut zur Gastrennung.

Trennung per Membran

Die Trennung von Wasserstoff und Erdgas erfolgt dann, indem beide Gase durch röhrenförmige Module mit der Membran gedrückt werden. Die kleineren Wasserstoffmoleküle werden dabei durch die Poren der Membran gedrückt, während die größeren Methanmoleküle zurückbleiben. „Auf 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 über 90 Prozent„, erklärt Simon weiter.

Der so bereinigte Wasserstoff kann dann unter anderem in der Stahlproduktion oder bei der klimafreundlichen Energieversorgung von Gebäuden eingesetzt werden. Auch ein Einsatz in Gasthermen oder in Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzelle ist denkbar.

Momentan arbeiten Die Forscher des Fraunhofer-IKTS daran, die Technik zu skalieren, sodass Erdgas und Wasserstoff auch in großen Volumina voneinander getrennt werden können.

via Fraunhofer-Gesellschaft

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