Ein Team des Forschungsprojekts Medea hat eine Mikrowellen Niedertemperatur-Plasmacracking-Anlage entwickelt und am Standort der Hamburger Energienetze GmbH aufgebaut. Ziel des Vorhabens ist die klimafreundliche Gewinnung von Wasserstoff sowie festem Kohlenstoff (Carbon Black) aus Methan bzw. perspektivisch Biomethan mittels Mikrowellenplasma. Die Inbetriebnahme der Anlage sowie der anschließende Testbetrieb zur Erforschung der neuartigen Technologie läutet die zentrale Projektphase des Vorhabens ein, berichtet das Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) der HAW Hamburg.
Neben dem CC4E sind die iplas GmbH und die Hamburger Energienetze GmbH am Forschungsvorhaben Medea (Methan Dekarbonisierung mittels Mikrowellen-Niedertemperatur-Plasmacracking) beteiligt. Der Aufbau der Plasmacracking-Anlage am Standort Tiefstack sowie die Anbindung an die lokale Infrastruktur haben bereits stattgefunden, nun soll die Anlage in den kommenden Monaten intensiv betrieben werden.
„Mit unserem Forschungsvorhaben Medea und der darin entwickelten Plasmacracking-Anlage kann Wasserstoff aus Biomethan zukünftig unter Abscheidung von Kohlenstoff, also CO₂-negativ produziert werden“, sagt CC4E-Leiter Prof. Hans Schäfers. „Wegen des sehr geringen Stromverbrauchs des Plasmacrackings ist das ein vielversprechender Ansatz. Aus dem anstehenden Testbetrieb erwarten wir daher wichtige Erkenntnisse zum Betriebsverhalten, den Eigenschaften des gewonnenen Kohlenstoffs und zu betriebswirtschaftlichen Fragen einer Skalierung des Verfahrens.“
Zu den Projektzielen gehört neben der Untersuchung des Anlagenbetriebs auch die Untersuchung der Produktqualitäten, der Prozessstabilität sowie der Energie- und CO₂-Bilanzen der Technologie. Auch die Abschätzung wirtschaftlicher Potenziale ist Bestandteil des Projekts und trägt damit zur Technologieentwicklung und -einschätzung im Kontext der Energiewende bei.
Mikrowellentechnologie ermöglicht hohen Wirkungsgrad und Skalierbarkeit
Das neuartige Medea Plasmacracking-Verfahren spaltet Methan in seine Bestandteile Wasserstoff und feste Kohlenstoffpartikel mit Hilfe von Mikrowellenplasma auf. Da sich der Prozess unter Ausschluss von Sauerstoff abspielt, bildet sich kein CO₂. Durch die gezielte Energieübertragung der Mikrowellenstrahlung in die Bindungen des Methans werde weniger Energie benötigt als bei alternativen Technologien wie der Dampfreformierung oder der Elektrolyse, heißt es.
Die Technologie lasse sich durch die modulare Zusammenschaltung mehrerer Einheiten skalieren und kann dank der Mikrowellentechnik flexibel an- und abgefahren werden – ein Vorteil, der gerade im Hinblick auf die dynamischen Anforderungen an die Energietechnik vor dem Hintergrund des fluktuierenden Dargebots an erneuerbaren Energien an Relevanz zunimmt.
Der Anlagentestbetrieb wird zunächst mit konventionellem Erdgas durchgeführt. Zukünftig ist jedoch geplant, das Plasmacracking mit Biomethan als Rohstoff durchzuführen. Biomethan, das vorzugsweise aus organischen Abfällen in Biogasanlagen gewonnen wird, könnte eine zentrale Rolle für negative CO₂-Emissionen spielen.
Kohlenstoff kann als Carbon Black langfristig aus dem Kreislauf entfernt werden
Wird der beim Plasmacracking erzeugte Kohlenstoff (das Carbon Black) langfristig gebunden und deponiert, kann er dauerhaft aus dem Kreislauf entfernt werden. Dies eröffnet das Potenzial für Negativemissionen und bietet perspektivisch die Möglichkeit, Wasserstoff zu erzeugen und zusätzlich CO₂-Zertifikate zu handeln – sobald eine rechtliche Grundlage für den Handel geschaffen ist. So könnten in Zukunft zusätzliche wirtschaftliche Anreize für die Technologie geschaffen werden.
Medea ist ein Teilprojekt der Forschungsinitiative X-Energy, die vom Bundesforschungsministerium (BMBF) gefördert wird. Zentraler Ausgangspunkt des Projektes ist der auch am Ende der Energiewende noch bestehende Bedarf nicht und/oder nur sehr schwer vermeidbarer Klimagasemissionen (z. B. aus der Landwirtschaft) dauerhaft kompensieren zu müssen. Allein für Deutschland wird dieser Bedarf an Negativemissionen auf 40-60 Mio. Tonnen CO₂ geschätzt. Plasmacracking von Biomethan kann helfen, diese Lücke zu schließen. Als Brückentechnologie kann sie zudem helfen den schnell steigenden Bedarf an klimafreundlich erzeugtem Wasserstoff zu decken und somit den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft unterstützen, um beispielsweise die Teile der Industrie zu dekarbonisieren, die ihre Prozesse nicht auf Strom umstellen können.