Verbrennungsmotoren emittieren klimaschädliches CO2, Wasserstoff-betriebene Brennstoffzellen hingegen hinterlassen bloß Wasserdampf. Wie umweltfreundlich Brennstoffzellen allerdings tatsächlich sind, hängt immer davon ab, wie der Wasserstoff ursprünglich gewonnen wurde. Die TU Wien und Bioenergy2020+ entwickelten nun am Biomassekraftwerk in Oberwart ein dreistufiges Verfahren, aus Holz hochreinen Wasserstoff zu erzeugen. Nebenbei produziert die Anlage auch noch Wärme und Strom, um einen möglichst hohen Gesamt-Wirkungsgrad zu erreichen.

Holz statt Erdöl
Handelsüblicher Wasserstoff wird hauptsächlich aus fossilen Energieträgern wie Erdgas hergestellt. In Oberwart wird nun aber hochreiner Brennstoffzellen-tauglicher Wasserstoff aus Biomasse hergestellt. „Wichtig war für uns von Anfang an ein Polygeneration-Konzept. Das bedeutet, dass man nicht nur ein einzelnes Endprodukt wie etwa Wasserstoff erzeugt, sondern den Gesamt-Wirkungsgrad maximiert, indem man die Biomasse gleich mehrfach nutzt“, erklärt Reinhard Rauch (TU Wien / Bioenergy2020+). Neben Wasserstoff kann das Kraftwerk auch Fernwärme bereitstellen, elektrischen Strom ins Netz speisen und Methan in das Erdgasnetz einleiten.

Im Gegensatz zur gewöhnlichen Verbrennung, bei der CO2 entsteht, wird das Holz ohne Flamme vergast. Dabei wird hauptsächlich Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und Wasserdampf produziert. Die große Herausforderung ist, den Wasserstoff effizient „herauszufiltern“ – Brennstoffzellen können nämlich nur mit hochreinem Wasserstoff betrieben werden.

Drei Reinigungsstufen
Eine beinahe perfekte Wasserstoff-Reinigung gelang nun durch ein dreistufiges Verfahren: Zunächst wird das Gasgemisch aus der Holzvergasung gewaschen. „Wir lassen es durch Biodiesel hindurchströmen“, sagt Reinhard Rauch. „Biodiesel ist ein exzellentes Lösungsmittel, in dem Teer-Rückstände herausgefiltert werden.“

In einer zweiten Reinigungsstufe kommt eine Membran zum Einsatz. Sie lässt Wasserstoff und Kohlendioxid passieren, Methan und Kohlenmonoxid hingegen werden abgeschieden. Der abgeschiedene Anteil wird in einem Gasmotor zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet.

Am Ende leitet man das Gas noch einmal durch einen Filter: Aktiv-Kohle, die unter Druck steht, adsorbiert praktisch alle verbleibenden Inhaltsstoffe außer Wasserstoff. Wenn sich im Adsorber eine größere Menge von Kohlenwasserstoffverbindungen angereichert hat, wird Unterdruck angelegt und die Aktiv-Kohle gespült – danach kann sie weiterverwendet werden.

Wirtschaftlich interessante Alternative
„Wir erreichen letztlich eine Wasserstoffreinheit von 99,95 Volumenprozent“, sagt Reinhard Rauch. Die einzigen nennenswerten Verunreinigungen sind Edelgase oder Spuren von Stickstoff und Sauerstoff – für die hohen Ansprüche von Brennstoffzellen ist das allerdings kein Problem.

In der Versuchsanlage konnten bereits sehr hohe Wasserstoffausbeuten erzielt werden. „Trotzdem wird noch weitergeforscht – wir glauben, dass es noch immer ein hohes Optimierungspotential für unser Verfahren gibt“, ist Reinhard Rauch zuversichtlich.

Der nötige Einsatz von Energie und Betriebsmitteln soll reduziert werden, damit das Verfahren wirtschaftlich möglichst erfolgreich wird. Neben der TU Wien und dem COMET-Zentrum Bioenergy2020+ sind als Industriepartner die Energie Burgenland (Betreiber der Holzvergasungsanlage) und Air Liquide (Unterstützung beim Prozess, der Membran- und Brennstoffzelleneinheit) am Projekt beteiligt. Die Industriepartner werden nun an der Vermarktung der Ergebnisse arbeiten, um in Zukunft eine dezentrale Produktion von erneuerbarem Wasserstoff zu ermöglichen.

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Rückfragehinweis:
Dr. Reinhard Rauch
TU Wien / Bioenergy 2020+ GmbH
Getreidemarkt 9/166, 1060 Wien
T: +43-676-3639381
<link>reinhard.rauch@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
<link>florian.aigner@tuwien.ac.at