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Wasserstoff aus nasser Biomasse

Prof. Etzold

Kohlenstoff aus Karbid: Prof. Etzold vor einer Versuchsanlage (Bild: Georg Pöhlein)

FAU-Wissenschaftler koordiniert EU-Forschungsprojekt zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Energieproduktion

Nachhaltig produzierte Energieträger – wie etwa Wasserstoff aus Windkraft – sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Treibhausgasreduzierung und damit ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz. Wasserstoff kann aber nicht nur aus Windkraft, sondern auch auf anderen Wegen nachhaltig produziert werden: Ziel des europäischen Forschungsprojekts SusFuelCat ist es, ein Verfahren zu verbessern, mit dem sich aus nasser Biomasse Wasserstoff gewinnen lässt. Prof. Dr. Bastian Etzold, Juniorprofessor für Katalytische Materialien am Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), ist maßgeblicher Initiator und Koordinator des internationalen Projekts. Die Europäische Union fördert SusFuelCat seit Anfang 2013 über einen Zeitraum von vier Jahren mit 3,5 Millionen Euro.

Den Energieträger Wasserstoff aus Biomasse – oder vereinfacht: kompostierbaren Materialien – zu erzeugen, ist bislang nur unter hohem Energieaufwand möglich. Beispielsweise muss die ursprünglich feuchte Biomasse vor dem Weiterverwerten aufwändig getrocknet werden. Im Rahmen von SusFuelCat setzen die Forscher nun stattdessen den so genannten APR-Prozess ein (Aqueous Phase Reforming – APR): Bei dieser neuen Methode wird die noch feuchte Biomasse mit einem Katalysator in Kontakt gebracht. Die in der Folge ablaufenden chemischen Reaktionen zersetzen das Material und setzen kaum verunreinigten Wasserstoff frei.

Der Vorteil: Das Verfahren verbraucht wenig Energie, da es bei geringen Temperaturen und niedrigem Druck durchgeführt werden kann. Zugleich entfällt die ebenfalls energieintensive Trocknung der Biomasse. Schließlich, und das macht APR besonders effizient, lässt sich in diesem Prozess selbst das Wasser, das Bestandteil der Biomasse ist, noch zersetzen und so zusätzlich Wasserstoff gewinnen – ein Effekt, der nur dank der niedrigen Temperaturen möglich ist. Im Vergleich mit fossilen Energieträgern spart der so erzeugte Wasserstoff aber nicht nur wertvolle Energie ein. Der Atmosphäre bleibt auch Treibhausgas erspart, da bei der Verbrennung lediglich Wasserdampf und kein CO2 entsteht.

Die Schlüsselkomponenten des Verfahrens sind die Katalysatoren. Gelingt es den Forschern, sie zu optimieren, erhöht dies die Nachhaltigkeit des gesamten Verfahrens. Die zurzeit verwendeten Katalysatoren enthalten noch teure Edelmetalle wie etwa Platin und Palladium, die auf keramischen Trägern fein verteilt sind. Das SusFuelCat-Projekt ist darauf ausgerichtet, den Anteil an teuren Edelmetallen entweder zu senken oder sie durch unedle Metalle zu ersetzen, ohne die Vorteile des APR-Prozesses einzubüßen. Als Träger sollen Materialien aus Kohlenstoff zum Einsatz kommen (beispielsweise Nanoröhrchen oder Aktivkohlen), die eine höhere Langzeitstabilität versprechen und ein umweltfreundliches Recycling der Metalle erleichtern.

Um die Katalysatoren gezielt zu optimieren, nutzen die Forscher eine Kombination aus verschiedenen modernsten Methoden: Auf molekularer Ebene setzen sie Computersimulationen ein. Zugleich können die Katalysatoreigenschaften sehr exakt justiert, sozusagen maßgeschneidert werden. Und neueste Analytik erlaubt dem Forscherteam, während des APR-Prozesses den Erfolg zu kontrollieren, beispielsweise spektroskopisch einen Blick in das Innere des Reaktors zu werfen.

Langzeit-Experimente bei industriellen Partnern sind schließlich ebenfalls ein wichtiger Baustein der Optimierung. Dafür arbeiten in dem Projekt sechs Forschungsinstitutionen, eine international agierende Firma und drei kleine beziehungsweise mittlere Unternehmen (KMU) zusammen. Die Partner stammen aus Deutschland, Finnland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Russland und Spanien.

„Das Konsortium ist sicher, mit der neuen Entwicklung den Anteil an nachhaltig produzierten Energieträgern in Zukunft zu steigern und so einen entscheidenden Beitrag zur Energiepolitik der Europäischen Union zu leisten“, so Prof. Etzold. „Darüber hinaus sollen die Erkenntnisse dazu dienen, wirtschaftlichere Katalysatoren auch in verwandte Prozessen einführen zu können.“

Die Abkürzung SusFuelCat steht für “Sustainable fuel production by aqueous phase reforming – understanding catalysis and hydrothermal stability of carbon supported noble metals”.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Bastian Etzold
Tel.: 09131/85-27430
bastian.etzold@crt.cbi.uni-erlangen.de

Bilder zum Download:

Prof. Etzold

Kohlenstoff aus Karbid: Prof. Etzold vor einer Versuchsanlage (Bild: Georg Pöhlein)

horizontaler Rohrreaktor

In einem horizontalen Rohrreaktor wird Kohlenstoff aus der Verbindung mit einem anderen Element gelöst (carbide-derived carbon, CDC). (Bild: Georg Pöhlein)

nasschemische Abscheidung

Das Vorläuferprodukt eines Katalysators entsteht über die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen durch nasschemische Abscheidung. (Bild: Georg Pöhlein)

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