BMFTR Nachwuchsgruppe FAIR-H₂

Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle im erneuerbaren Energiesystem der Zukunft [1]. Thermochemische Verfahren ermöglichen bereits heute die Herstellung von Wasserstoff aus biologischen Abfällen. Jedoch werden diese Verfahren unter harschen Bedingungen betrieben und der Wasserstoff muss oftmals aufwändig aufgereinigt werden. [2].

Im BMFTR Nachwuchsgruppenprojekt FAIR-H2 wird ein alternatives Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse entwickelt, das sich durch milde Prozessbedingungen und gleichzeitig einen hohen Biomassenutzungsgrad auszeichnet. In dem durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte, sechsjährige Projekt, wird wässrige Ameisensäure, die zuvor durch den OxFA-Prozess aus Biomasse hergestellt wurde, in Wasserstoff und Synthesegas umgewandelt.

Im Fokus des Forschungsprojektes steht zwei Prozesswege für die Freisetzung von hochreinem Wasserstoff aus der Biomasse-stämmigen wässrigen Ameisensäure. Bei der Dehydrierung wird die wässrige Ameisensäure direkt zu Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt. Bei dem zweistufigen Prozessweg wird die Ameisensäure dehydratisiert und das erzeugte Wasser und Kohlenmonoxid in einer Wasser-Gas-Shift-Reaktion zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff umgesetzt. Ziel bei beiden Varianten ist die Entwicklung modifizierter heterogener Katalysatoren, welche eine stabile Aktivität im kontinuierlichen Prozess aufweisen. Durch ein intelligentes Prozessdesign soll die Produktivität gesteigert und die Produktgaszusammensetzung, bestehend aus CO₂, CO und H₂ gezielt eingestellt werden.

Für die Nutzung des biogenen Wasserstoffs in energetischen Anwendungen wie einer PEM-Brennstoffzelle ist eine hohe Gasreinheit erforderlich. Dazu soll im Projekt ein neues, dezentral anwendbares Reinigungsverfahren entwickelt werden, das sich durch vergleichsweise milde Reinigungsbedingungen auszeichnet. Die zyklische Aufreinigungsmethode basiert auf der Abtrennung des Wasserstoffes aus einem Mischgasstrom durch die selektive Bindung des Wasserstoffs an eine Wasserstoffreinigungsflüssigkeit (engl.: hydrogen purification liquid, HPL) durch eine Hydrierreaktion. Im Anschluss erfolgt die Freisetzung des reinen Wasserstoffes durch die reversible Dehydrierung des flüssigen Trägers.

Von hoher Priorität ist die technoökonomische und –ökologische Effizienz der neuen Prozessmethode zur Wasserstoffgewinnung aus Biomasse. Aufgrund dessen werden die einzelnen Prozessschritte sowie das Gesamtkonzept mit Wirtschaftlichkeits- und Nachhaltigkeitsbetrachtungen evaluiert. Ein weiterer Teil des Projektes umfasst den Aufbau einer technischen Demonstrationsanlage für die Wasserstoffproduktion aus Biomasseabfällen, sodass das Verfahren unter Realbedingungen geprüft werden kann.

[1]           P. Preuster, A. Alekseev, und P. Wasserscheid, „Hydrogen Storage Technologies for Future Energy Systems“, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng., Bd. 8, Nr. 1, S. 445–471, Juni 2017, doi: 10.1146/annurev-chembioeng-060816-101334.

[2]           F. Kroll, M. Schörner, M. Schmidt, F. T. U. Kohler, J. Albert, und P. Schühle, „Hydrogen production from wet biomass via a formic acid route under mild conditions“, International Journal of Hydrogen Energy, Bd. 62, S. 959–968, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.03.163.