Die Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse ist ein vielversprechender Weg zur Schaffung einer nachhaltigen Energiequelle.
Dafür gibt es zwei Hauptmethoden: Biomassevergasung und Biomassepyrolyse mit anschließender Dampfreformierung.
Bei diesen Verfahren wird Biomasse ohne Verbrennung in Wasserstoff und andere Gase umgewandelt, was zu geringen Netto-Kohlenstoffemissionen führen kann.
Wie stellt man Wasserstoff aus Biomasse her? Die 5 wichtigsten Methoden werden erklärt
1. Biomasse-Vergasung
Bei der Biomassevergasung wird Biomasse bei hohen Temperaturen, in der Regel über 700 °C, erhitzt.
Dies geschieht in Gegenwart einer kontrollierten Menge von Sauerstoff und/oder Dampf.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmethoden findet bei diesem Verfahren keine Verbrennung statt.
Die Biomasse wird in ein Gasgemisch umgewandelt, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid besteht.
Die Reaktion kann vereinfacht werden, wenn man Glukose als Ersatz für die Zellulose in der Biomasse verwendet: [ C6H12O6 + O2 + H2O → CO + CO2 + H2 + andere Arten ]
Dieses Gasgemisch durchläuft dann eine Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion, bei der Kohlenmonoxid mit Wasser reagiert und dabei zusätzlicher Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht: [ CO + H2O → CO2 + H2 ]
Der Wasserstoff wird dann mit Hilfe von Adsorbern oder speziellen Membranen aus dem Gasstrom abgetrennt.
2. Pyrolyse und Dampfreformierung von Biomasse
Bei diesem zweistufigen Verfahren wird die Biomasse zunächst einer Pyrolyse unterzogen.
Bei der Pyrolyse wird die Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt, um sie in flüchtige Verbindungen und einen festen Rückstand zu zerlegen.
Die flüchtigen Bestandteile, zu denen Bioöl und Gase gehören, werden anschließend einer Dampfreformierung unterzogen.
Die Dampfreformierung ist ein katalytisches Verfahren, bei dem diese flüchtigen Verbindungen mit Wasserdampf bei hohen Temperaturen zu Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umgesetzt werden.
Der optimale Katalysator für diesen Prozess, der mit Materialien wie Zuckerrohrbagasse, Weizenstroh und Reisspelzen untersucht wurde, besteht aus 10 Gew.-% Ni-Dolomit.
Reishülsen lieferten die höchste Ausbeute an Wasserstoff unter diesen Materialien.
3. Herausforderungen und Forschung
Zu den wichtigsten Herausforderungen bei der Wasserstofferzeugung durch Biomassevergasung gehört die Senkung der Kosten für Investitionsgüter und Biomasse-Rohstoffe.
Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Technologien, die das derzeitige kryogene Verfahren zur Trennung von Sauerstoff und Luft im Vergaser ersetzen sollen.
Die Verbesserung von Membrantechnologien für eine bessere Wasserstoffabtrennung ist ebenfalls ein Schwerpunkt.
Ein weiterer Forschungsbereich ist die Intensivierung des Prozesses durch Zusammenlegung von Schritten zu weniger Arbeitsgängen.
4. Vielversprechende Wege für eine nachhaltige Wasserstoffproduktion
Diese Methoden bieten vielversprechende Wege für eine nachhaltige Wasserstofferzeugung.
Sie tragen zur allgemeinen Nachhaltigkeit der Energiequellen bei, indem sie erneuerbare Biomasseressourcen nutzen.
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