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Dampf-Reformierung mit CCS: Kann Sauerstoff blauen Wasserstoff sauber machen?

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Die Verbrennung von Erdgas mit Sauerstoff kann für Erdgaskraftwerke und die Wasserstoff-Gewinnung sinnvoll sein – zeigt etwa das Cleantech-Startup Net Power.

Die EU streitet darüber, die CDU hat ihn im Wahlprogramm, Wirtschaftsverbände wie der BDEW fordern ihn als Übergangslösung: Blauer Wasserstoff, hergestellt aus Erdgas. Die Idee ist: Das bei der Herstellung freigesetzte CO2 wird aufgefangen und sicher unter der Erde gespeichert. Doch es gibt zwei entscheidende Nachteile: Einerseits ist die 100-prozentige Abtrennung von Stickstoff teuer. Andererseits ist das bei Förderung und Transport freigesetzte Methan besonders klimaschädlich. Um das Stickstoff-Problem zu lösen, könnte die Vorverbrennung von Erdgas in Sauerstoff sinnvoll sein – wie es das Cleantech-Startup Net Power plant.

Blauer Wasserstoff gilt als kohlenstoffarm, und wird von vielen Institutionen als Übergangslösung zur Erreichung der Klimaziele angesehen. Wissenschaftler wie Prof. Claudia Kemfert hingegen raten aus klimapolitischer Sicht dazu, ausschließlich auf grünen Elektrolyse-Wasserstoff zu setzen – auch, um die Technologie durch rasche Skalierung günstiger zu machen.

Derzeit werden pro Jahr 70 Millionen Tonnen Wasserstoff produziert. Dabei erfolgt die Herstellung aus unverbranntem Erdgas oder Kohle (Dampf-Reformierung). Bedeutet: Prozessbedingt werden für jede Tonne Wasserstoff neun bis 12 Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. In der Theorie soll die Technologie durch das Auffangen des CO2 sauberer werden. Allerdings ist dieser Vorgang sehr teuer, weshalb selbst bei bestehenden Anlagen mit CCS nur von 70 bis 85 Prozent Emissionsreduktion auszugehen ist.

Die hohen Kosten haben damit zu tun, dass bei der Verbrennung von Erdgas in Luft ein Gemisch aus Wasser, CO2 und Stickstoff übrigbleibt, weil die Luft zu 78 Prozent aus Stickstoff besteht. Die Abtrennung von CO2 vom Stickstoff gilt nach Experteneinschätzungen als sehr teuer.

Doch möglicherweise gibt es eine neue Idee, die dieses Problem des blauen Wasserstoff reduzieren könnte: Wird Erdgas mit Sauerstoff „vorberbrannt“, entsteht als Ergebnis ein Wasser-CO2-Gemisch. Das Wasser kann auskondensiert werden, so dass reines CO2 übrig bleibt.

Aber woher bekommt man reinen Sauerstoff für diese Vorverbrennung? Es ist ein Nebenprodukt, das bei der Elektrolyse von Wasser entsteht – möglicherweise also eine Koinzidenz, um in Regionen, in denen beide Technologien existieren, das CCS-Verfahren sauberer zu bekommen.

Cleantech-Startup Net Power setzt auf den Allam-Zyklus

Die Verbrennung von Sauerstoff, um Kohlendioxid zu erhalten, ist auch Teil des sogenannten Allam-Fetvedt-Kreislauf, den das amerikanische Cleantech-Startup Net Power dazu nutzen möchte, um emissionsfreie Gaskraftwerke zu ermöglichen. Dabei nutzt Net Power Kohlendioxid, das aus der Verbrennung von Erdgas mit Sauerstoff hervorgeht, um die Turbinen der Net Power-Anlage anzutreiben.

Allerdings ist dafür CO2 in „überkritischem Zustand“ notwendig – das heiße Treibhausgas muss dafür unter sehr hohen Druck gesetzt werden. So wird es zu einer Art flüssiges Gas, kann die Turbine durchströmen und zur Stromerzeugung beitragen. Schon 2018 hat Bloomberg Quicktake über die Technologie berichtet, die jetzt in Texas realisiert werden soll.

Nach Abkühlung wird die Menge Kohlendioxid abgetrennt, die vorher über das Erdgas zugeführt wurde – der größere Teil wird wieder zurück in die Brennkammer geführt. Mithilfe eines Wärmetauscher entsteht ein Kreislauf, der nach dem Wissenschaftler Rodney Allam benannt ist. Trotz all dieser technischen Schritte soll der Wirkungsgrad bei 59 Prozent liegen – vergleichbar mit fossilen Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken.

Das Startup hat seine Technologie an den Entwickler 8 Rivers Capital LLC lizenziert, der mit dem dem Agrar-Unternehmen Archer-Daniels-Midlands Co. zusammenarbeiten möchte, um Emissionen aus einem Kohlekraftwerk in Illinois zu ersetzen. Mitte April verkündeten die Partner den Bau der ersten beiden Kraftwerke „ohne Emissionen“.

Grundproblem Methan-Emissionen bleibt

Während also die Abscheidung von 100 Prozent des Klimagases Kohlendioxid technisch möglich erscheint, bleibt das Problem der flüchtigen Emissionen bestehen. Gerade erst wurde bekannt, dass etwa Gazprom die größten, unfallbedingten Methan-Emissionen des Jahres hatte.

Weil Methan ein deutlich wirksameres Klimagas als CO2 ist, liegt hier eine große Gefahr. Und man muss auch letztlich nicht nur in Fracking-Regionen schauen, oder im auftauenden Permafrost liegende Pipelines im Blick behalten. Selbst in Deutschland gibt es mehr Methanlecks in der Erdgasinfrastruktur als zugegeben.

Die Deutsche Umwelthilfe und die US-Organisation Clean Air Taskforce untersuchten zuletzt 14 deutsche Standorte – und stellten, wie bei energiezukunft nachzulesen ist – erschreckende Ergebnisse fest. Immerhin: Die EU hat 2020 angekündigt, die Messung und Berichterstattung über Methanemissionen verbessern zu wollen. Allerdings geht es natürlich vor allem um die Beseitigung von Lecks – und das nicht nur in Europa, sondern auf der gesamte Strecke bis hierher.

Letztlich kann Sauerstoff wie im Beispiel von Net Power ein entscheidender Baustein sein, um die Wasserstoffgewinnung oder Strom-Erzeugung mit CCS wirtschaftlich attraktiver und umweltfreundlicher zu machen. Solange die Anstrengungen, Methanlecks zu beheben, aber minimal sind, sollten BDEW, CDU und Co. bei ihren Forderungen nach blauem Wasserstoff zurückhaltend sein. Denn sonst geht die Klimabilanz am Ende nicht auf.

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