(Dresden) – Deutschland verfügt über ein 511.000 Kilometer langes Erdgasnetz und 33 Speicher. Mit der Nutzung dieser bundesweit vorhandenen Infrastruktur auch für den Transport von Wasserstoff befasst sich die Projektinitiative HYPOS (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany). Ziel sei es, „eine intelligente Infrastruktur aus Verteilernetzen und Speicherstationen zu schaffen, die den Energieträger in allen Regionen zur Verfügung stellt“.
Wasserstoff über das Erdgasnetz verteilen
Die Projektpartner verfolgen unter anderem den Ansatz, den Wasserstoff (H2) gemeinsam mit dem Erdgas (Hauptbestandteil Methan, CH4) zu transportieren. „Die Membran-Technologie macht es möglich, die beiden Stoffe gemeinsam durch das Erdgasnetz zu leiten und am Zielort voneinander zu trennen“, erklärt Adrian Simon, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS.
Die Forscher haben dazu eine hauchdünne Schicht Kohlenstoff als Membran auf einem porösen keramischen Trägermaterial aufgetragen. Die Membranherstellung umfasst den Angaben zufolge mehrere Schritte, beginnend mit der „maßgeschneiderten“ Polymersynthese. „Polymere sind Stoffe, die aus verzweigten Ketten von Makromolekülen bestehen. Diese werden auf das poröse Trägermaterial aufgebracht“, so die Wissenschaftler. Durch Erhitzen unter gleichzeitigem Ausschluss von Sauerstoff bilde das Polymer an seiner Oberfläche eine Kohlenstoffschicht. „Im Kohlenstoff haben die Poren einen Durchmesser von unter einem Nanometer, wodurch sie sich gut für die Gastrennung eignen.“
Im Trennungsprozess würden Wasserstoff und Erdgas durch die röhrenförmigen Module getrieben. Dabei würden die kleineren Wasserstoffmoleküle durch die Poren der Membran gedrückt und gelangten als Gas nach außen, die größeren Methanmoleküle hingegen blieben 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 lasse sich beispielsweise in der Stahlproduktion nutzen. Hier ersetze er im Hochtemperaturofen den Kohlenstoff bei der Reduktion von Eisenerz zu Eisen. Derzeit arbeiten die Forschenden des Fraunhofer IKTS daran, die Technik so zu skalieren, dass auch größere Volumina Erdgas und Wasserstoff getrennt werden können. Hierfür ist der Bau von Prototypen bereits in Planung.
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Die insgesamt 19 Kanäle in der Kohlenstoff-Membran vergrößern deren Oberfläche und ermöglichen somit einen größeren Stoffdurchsatz. / © Fraunhofer
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Membran: Eingangsseitig wird die Gasmischung auf die Membran aufgegeben. Die kleinen Wasserstoffmoleküle passieren die Membran und das größere Methanmolekül wird zurückgehalten. / © Andreas Junghans GmbH
