Wenn es brennt, gibt es nur Wasserdampf ab. Dies könnte der Grund sein, warum Wasserstoff die gesündere Alternative zu fossilen Brennstoffen wie Öl und Erdgas sein könnte, die für den Ausstoß von Kohlendioxid und den Klimawandel verantwortlich sind. Dies wäre der Fall, wenn die Herstellung dieses „grünen Kraftstoffs“ nicht immer noch schwierig und teuer wäre. Jetzt hat eine Gruppe russischer Wissenschaftler jedoch einen genialen Weg gefunden, Wasserstoff direkt aus Erdgasvorkommen zu gewinnen und dabei dieselben Kohlenwasserstoffe zu nutzen, die große Mengen dieses Elements auf molekularer Ebene enthalten. Ein revolutionärer Prozess, der das Gesicht der Energie der Zukunft verändern könnte.
Dampf, Katalysator und Sauerstoff: die Zutaten der grünen Rezeptur
Elena Mukhina, Ph.D.leitender Forscher bei Skoltech in Moskau und Leiter der am veröffentlichten Studie Kraftstoff (Ich verlinke es hier), sie ist stolz auf das Ergebnis. „Alle Prozessschritte basieren auf etablierten Technologien, die bisher nicht für die Wasserstoffproduktion aus realen Gasfeldern adaptiert wurden“, erklärt er.
Wir haben gezeigt, dass unser Ansatz dazu beitragen kann, Kohlenwasserstoffe in der Lagerstättenumgebung mit einem Wirkungsgrad von bis zu 45 % in „grüne“ Kraftstoffe umzuwandeln. Zukünftig planen wir, unsere Methode an großen Gaslagerstätten zu testen.
Doch wie genau funktioniert dieser Prozess?
ErstensDabei werden Dampf und ein Katalysator in die Lagerstätte eingespritzt. Mithilfe des Katalysators wird dann der Wasserstoff von den Erdgasbestandteilen getrennt. AnschließendDabei wird Luft oder reiner Sauerstoff eingepumpt, um das Gas direkt im Reservoir zu entzünden.
Mithilfe von Wasserdampf und dem Katalysator verbrennt das Erdgas und wandelt sich in ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff um. Das aus Kohlenmonoxid entstehende Kohlendioxid bleibt im Reservoir eingeschlossen, ohne zum Treibhauseffekt beizutragen.
In der letzten Phase Wasserstoff wird aus dem Bohrloch durch eine Membran extrahiert, die andere Verbrennungsprodukte blockiert, sodass Kohlenmonoxid und Kohlendioxid dauerhaft unter der Erde eingeschlossen bleiben.
Wasserstoff aus Gasfeldern, Labortests: vielversprechende Ergebnisse
Das Team testete diesen Prozess in Laborreaktoren, die die reale Umgebung eines Gasfeldes simulierten. „Wir haben Schotter in den Reaktor gegeben und dann Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas, zusammen mit Dampf und Katalysator und dann Sauerstoff hineingepumpt“, sagt der Forscher. „Der Druck im Reaktor wurde auf einem für Gasfelder typischen Niveau gehalten, achtzigmal höher als der Atmosphärendruck.“
Im Verlauf des Experiments analysierte das Team die Zusammensetzung der Gase im Reaktor, um die Effizienz der Umwandlung von Methan in Wasserstoff zu bewerten. Es stellte sich heraus, dass der größte Teil des Wasserstoffs, 45 % des gesamten Gasvolumens, bei 800 °C durch große Mengen an in den Reaktor injiziertem Dampf gebildet wurde.
Um die Reaktion möglichst effizient zu gestalten, sollte viermal mehr Dampf als Erdgas vorhanden sein. „Wir haben die Temperatur von 800 °C gewählt, weil sie bei der Verbrennung von Erdgas leicht erreichbar ist und nicht künstlich aufrechterhalten werden muss“, erklärt der Forscher.
Die Bedeutung des Gesteins: viele Vorkommen, viele Szenarien
Die Wasserstoffausbeute hängt auch von der Zusammensetzung des Gesteins ab. „Bei Experimenten mit porösem Aluminiumoxid erreichte die Wasserstoffausbeute beispielsweise 55 %“, bemerkt Dr. Mukhina.
Die höhere Effizienz erklärt sich in diesem Fall aus der Tatsache, dass Aluminiumoxid inert ist, d. h. es reagiert nicht mit umgebenden Elementen. Natürliches Gestein enthält andere, aktivere Mineralien, die mit Bestandteilen des Gasgemisches reagieren und die Wasserstoffausbeute beeinflussen können.
Dies bedeutet, dass jedes Gasfeld unterschiedliche Eigenschaften aufweist und eine sorgfältige Analyse erfordert, bevor dieses Verfahren in großem Maßstab angewendet werden kann. Doch die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend und ebnen den Weg für eine neue Ära sauberer Energie.
Auf dem Weg zu einer Wasserstoffzukunft: Herausforderungen und Chancen
Der Übergang von fossilen Brennstoffen zu Wasserstoff wird nicht unmittelbar und ohne Hindernisse erfolgen. Andererseits. Es wird noch viel Forschung und Entwicklung erfordern, um das Verfahren zu optimieren und an die unterschiedlichen Bedingungen in Erdgasfeldern anzupassen. Ganz zu schweigen von der derzeit noch begrenzten Infrastruktur für den Transport und die Verteilung von Wasserstoff.
Das Potenzial dieser Technologie ist jedoch enorm. Wenn wir grünen Wasserstoff im großen Maßstab direkt in Gasfeldern produzieren könnten, könnten wir den Kohlendioxidausstoß drastisch reduzieren und den Klimawandel verlangsamen. Wasserstoff könnte zu einer vielseitigen Energiequelle werden, die in vielen Sektoren einsetzbar ist, vom Transport bis zur Stromerzeugung.
Die Arbeit des Skolkovo-Teams ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung. Direkt aus Erdgasvorkommen gewonnener Wasserstoff könnte ein Trumpf sein.
