Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS arbeitet nicht nur an Post-Lithium-Speichern, sondern auch an Fortschritten für grünen Wasserstoff. Im Projekt „Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany“ (Hypos) geht es aktuell um die Schaffung einer intelligenten Infrastruktur aus Verteilernetzen und Speicherstationen, um grünen Wasserstoff in allen Regionen verfügbar zu machen. Ein einfacher Weg dazu, wäre die Nutzung des Erdgasnetzes in Deutschland, was immerhin rund 511.000 Kilometer umfasst und die an 33 Orten verfügbaren Gasspeicher.
Nach Ansicht der Projektpartner von „Hypos“ ist es möglich, Erdgas und grünen Wasserstoff gemeinsam durch eine Leitung transportieren. „Am Zielort lassen sie sich bedarfsgerecht wieder voneinander trennen«, erklärt Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS. Die Lösung dafür; Der Kohlenstoff befindet sich als hauchdünne Schicht auf einem porösen, keramischen Trägermaterial und dient als Membran, die Erdgas und Wasserstoff voneinander trennt. Nach Angaben des Fraunhofer IKTS sind für die Membranherstellung mehrere Schritte notwendig. Zunächst braucht es eine Polymersynthese. Die Polymere, die aus verzweigten Ketten von Makromolekülen bestehen, werden anschließend auf das poröse Trägermaterial aufgebracht. Durch Erhitzen unter gleichzeitigem Ausschluss von Sauerstoff bildet das Polymer an seiner Oberfläche eine Kohlenstoff-Schicht aus, wie die Forscher weiter erklären. Die Poren im Kohlenstoff hätten nur einen Durchmesser von weniger als einem Nanometer und eigneten sich daher gut für die Gastrennung.
Das Trennverhalten der Membran lasse sich durch physikalische und chemische Prozesse noch weiter einstellen. Im Trennungsprozess würden Wasserstoff und Erdgas durch die röhrenförmigen Module getrieben. Dabei werden den Forschern zufolge 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. Dieser Wasserstoff ließe sich dann für verschiedene Anwendungen – von der Stahlproduktion bis hin zur Energieversorgung von Gebäuden nutzen.
Bei der Entwicklung der röhrenförmigen Kohlenstoff-Membranen arbeitetet die Forscher mit dem Leipziger Unternehmen DBI Gas- und Umwelttechnik zusammen. Derzeit sei das Fraunhofer IKTS dabei, die Technik so zu skalieren, dass auch größere Volumina Erdgas und Wasserstoff getrennt werden können. Hierfür sei der Bau von Prototypen bereits in Planung.
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Korrektur vom 1. April: Das Verfahren eignet sich natürlich auch für blauen Wasserstoff.