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Wie grüner Wasserstoff zukünftig im Erdgasnetz transportiert werden kann

© Fraunhofer IKTS© Fraunhofer IKTSDresden – Um in Zukunft grünen Wasserstoff über weite Strecken zum Abnehmer transportieren zu können, kann auch das bisherige Erdgasnetz kostengünstig genutzt werden. Forschende haben eine interessante Möglichkeit gefunden, die beiden Stoffe vor Ort zu trennen.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS und die Partner verfolgen in dem Projekt HYPOS das Ziel, grünen Wasserstoff mit dem Erdgas gemeinsam zu transportieren.

Infrastrukturvorteil Erdgasnetz für Transport von Wasserstoff nutzen
Deutschland über ein 511 000 Kilometer langes Gasnetz und 33 Orte mit Gasspeichern. „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“, erklärt Dr. Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS das Ziel.

Neue Membran mit Kohlenstoff-Schicht ermöglicht Trennung von Wasserstoff und Erdgas
Um den Wasserstoff vor Ort vom Erdgas zu trennen, kommt Kohlenstoff ins Spiel. Dieser befindet sich als hauchdünne Schicht auf einem porösen, keramischen Trägermaterial und dient als Membran, die Erdgas und Wasserstoff voneinander trennt. Basis der Membranherstellung ist ein Polymer, das auf das poröse Trägermaterial aufgebracht wird. Durch Erhitzen unter gleichzeitigem Ausschluss von Sauerstoff bildet das Polymer an seiner Oberfläche eine Kohlenstoff-Schicht aus. Im Kohlenstoff haben die Poren einen Durchmesser von unter einem Nanometer, wodurch sie sich gut für die Gastrennung eignen. Bei der Entwicklung der röhrenförmigen Kohlenstoff-Membranen hat das Fraunhofer IKTS mit dem Leipziger Unternehmen DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH zusammengearbeitet.

Wasserstoff mit einer Reinheit von 80 Prozent – Prototyp in Planung
Im Trennungsprozess werden Wasserstoff und Erdgas durch die röhrenförmigen Module getrieben. Dabei werden die kleineren Wasserstoffmoleküle durch die Poren der Membran gedrückt und gelangen als Gas nach außen, die größeren Methanmoleküle hingegen bleiben zurück. „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. Wasserstoff mit diesem Reinheitsgrad lässt sich für verschiedene Anwendungen nutzen, beispielsweise in der Stahlproduktion.

Auch bei der klimafreundlichen Energieversorgung von Gebäuden ist Wasserstoff eine attraktive Option. Bei der Verbrennung entstehen Strom und Wärme, als Nebenprodukt fällt lediglich Wasser an. So könnten beispielsweise Blockheizkraftwerke (BHKW) einzelne Gebäudekomplexe oder Stadtviertel mit sauberem Strom und Wärmeenergie beliefern. Auch der Einsatz in Gasthermen ist denkbar, so die IKTS-Forscher. Der nächste Schritt ist es, die Technik so zu skalieren, dass auch größere Volumina Erdgas und Wasserstoff getrennt werden können. Hierfür ist der Bau von Prototypen bereits in Planung.

© IWR, 2021


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