Welche Komponenten sind im Produktgasstrom der folgenden Wasserstoff-Herstellungsverfahren zu erwarten?
Wasser-Elektrolyse
Chlor-Alkali-Elektrolyse
Methan-Pyrolyse
Erdgas-Dampfreformierung
Schmutzwasser-Plasmalyse
Wasser-Elektrolyse —> H2, O2, H2O
Chlor-Alkali-Elektrolyse —> H2, Cl, Na, NaCl, NaOH (Natronlauge)
Methan-Pyrolyse —> CH4, C, H2
Erdgas-Dampfreformierung —> CH4, CO, CO2, H2
Schmutzwasser-Plasmalyse —> N2, CH4, CO2, H2, O2
Grundregel: alle Edukte, alle Produkte, eventuell Produkte möglicher Nebenreaktionen
Erläutern Sie die Vor- und Nachteile der Methan Pyrolyse im Vergleich zur Methan Dampfreformierung.
Vorteile
Nachteile
Niedrigster Energieverbrauch
Nachträgliche Gasreinigung erforderlich
Keine prozessbedingten CO2- Emissionen
Noch keine großtechnische Verfügbarkeit
Carbon Black entsteht als nutzbares Nebenprodukt
Teurer als Dampfreformierung
Bei Nutzung von Biomethan zukünftig CO2-negativer H2 möglich
Geringere Wasserstoffausbeute
Sehr hohe Temperaturen nötig
Ablagerung von Kohlenstoff auf den Reaktorwänden und Katalysatoren
Warum können erdgas- oder methanbasierte Wasserstoff-Herstellungsverfahren keine treibhausgasneutrale Wasserstofferzeugung ermöglichen? Welche Faktoren sind für die Treibhausgasbilanz entscheidend?
Die Vorkette muss mitbilanziert werden (fossile Energieträger) —> bereits vor der Wasserstoffherstellung Emissionen
100% Abscheidung von CO2Nutzung von grünem Strom für die Beheizung des Reaktors kann Emissionen senken, aber nicht neutral machen
Welche Möglichkeiten bestehen bei der Beheizung eines Pyrolyse-Reaktors? Worin bestehen die jeweiligen Vor- und Nachteile?
Beheizung
Vorteil
Nachteil
Strom
Grüner Strom = THG neutrale Beheizung
Bei aktuellen Strommix nicht neutral und hohe Kosten
Schnelles Aufheizen, gute Kontrolle
Erzeugungskapazitäten
H2
H2 aus Pyrolyse kann direkt genutzt werden (ggf. günstiger als EE)
Geringere H2-Ausbeute (-10% zur Beheizung)
Erdgas
Ggf. günstiger als EE (abh. Vom Erdgas-Preis)
Zusätzliche Emissionen
Gute Wärmeübertragung und Regelung
Wie läuft die Dampfreformierung (grauer/bzw. blauer H2) ab?
Häufigstes Verfahren weltweit: 60% mit Erdgas ohne CCS
CH4 + 2 H2O + Brennstoff -> 4 H2 + CO2
4kg CH4 + 4,5 kg H2O -> 1 kg H2 + 9-10 kg CO2
-> 3€ / kg H2 (Gaspreis mal 2)
Gasaufbereitung
Gas auf 370° C
Pre-Reformer und Primärreformer
Pre: 500° C
Primär: Erdgas reagiert mit Dampfgemisch zu Gemisch aus CO, CO2, CH4, H2 und H2O
Shift-Reaktor
Absorber
Abtrennung von H2
CO2-Abtrennung, falls blauer-H2
Nutzung der anfallenden Abwärmen der einzelnen Komponenten unterainander.
Wie läuft die Pyrolyse (türkiser-H2) ab?
Niedrigsten Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Verfahren
CH4 -> 2 H2 + C
4 kg CH4 -> 1 kg H2 + 3 kg C
Carbon-Black steht zur Verfügung von Reifen, Gummi etc., Einlagerung möglich, da schnelle Marksättigung von Carbon-Black eintreffen würde
Temperatur von 1200° C erforderlich
Dampfaufbereitung
Reaktor (zentraler Part)
Abtrennung des Kohlenstoffs
Abscheidung hochreinem Wasserstoff
Mit Boimethan negative CO2-Emissionen möglich.
CO2-Bilanz und Kosten verschiedener Verfahren?
CO2 pro kWh H2
Grauer-H2: 400 g
blauer-H2: 150 - 200 g (je nach Verfahren)
Strommix: 700 g
grüner-H2: 25 g
Kosten pro kg H2
EE: 6-8 € (wird billiger)
CH4: 1-2 € (wird teurer)
Was ist die Plasmalyse und wie läuft sie ab?
Die Plasmalyse ist ein weiteres Verfahren zur Wasserstoffproduktion (Variante von Pyrolyse)
Mittels einem Plasmagenerator und 10 kWh Strom wird Plasma erzeugt, welches 4 kg Methan in ca. 1 kg H2 und 3 kg C aufspaltet.
CH4 wird durch die Elektronen des Plasmas gecracked
Vorteile: Es entsteht keine Ablagerung von Kohlenstoff an Reaktorwänden und es ist ebefalls möglich Schmutzwasser aufgrund des hohen NH4-Gehalts als Ausgangsmaterial zu verwenden
Wie sind die Zukunft von blauem/türkisen/grünem Wasserstoff aus?
Aufgrund steigender Erdgaspreise bis 2040/50 werden Alternativen notwendig sein (Kosten für Strom und Erdgas ausschlaggebend)
blauer Wasserstoff kann übergangsweise als Option angesehen werden
türkiser Wasserstoff wird erst in frühstens 10 Jahren marktreif sein
Sobald Elektrolyse- und EE-Anlagen ausgebaut sind, kann grüner H2 günstig hergestellt werden (zeitaufwändig)
Zuletzt geändertvor 10 Monaten
