CO2-armer Wasserstoff aus Methan – 7 Partner validieren die nicht-thermische Plasmatechnologie im Projekt Coldspark®
Wasserstoff aus Methan und fast ohne CO2-Emissionen, darum geht es in dem Projekt ColdSpark®. Gefördert wird das Projekt, welches im Juni 2022 startete und über 42 Monate laufen wird, im Rahmen des Horizon Europe Forschungs- und Innovationsprogramms.
Energieeffiziente Methanspaltung
Methan hat die Summenformel CH4 und besteht aus 1 C-Atom und 4 H-Atomen je Molekül. Als Gas in der Atmosphäre ist es klimaschädlich. Wird es verbrannt entsteht CO2 und trägt über diesen Pfad ebenfalls zum Klimawandel bei. Soweit, so bekannt und so banal.
Coldspark® geht einen anderen Weg und erforscht, wie sich Methan mithilfe eines nicht-thermischen Plasmas aufspalten lässt. Das Molekül wird gewissermaßen “zerschossen” und in seine Einzelteile C und H zerlegt. Dabei entstehen (fast) keine CO2-Emissionen. Die CO2-Emissionen stammen vor allem aus dem für den Prozess erforderlichen Strom und sind somit z.B. bei Braunkohlestrom höher als bei Windstrom. (Ein weiterer Teil an Emissionen stammt aus der Förderung und dem Transport von Erdgas bzw. aus der Produktion von Biomethan. Hier kommt es vor allem darauf an, wie wichtig die Erzeugerländer und Erzeugerfirmen ihre Verantwortung für den Klimaschutz nehmen und solche Emissionen verhindern.)
Die Bindungsenergie von Wasserstoff im Methan-Molekül ist niedriger als die Bindungsenergie von Wasserstoff im Wassermolekül und daher benötigt die Coldspark®-Technologie weniger Energie in Form von Strom als die Elektrolyse. Oder anders herum: Mit der gleichen Strommenge produziert Coldspark® deutlich mehr Wasserstoff, wie die Abbildung unten verdeutlicht.
Als Produkte entstehen Wasserstoff und fester Kohlenstoff, die jeweils weiter verwertet werden können – z.B. im Rahmen der unterschiedlichen Wasserstoffstrategien von Firmen, Bundesländern, dem Bund oder der EU.
Auch der Kohlenstoff hat einen Wert. Im einfachsten Fall wird er der Atmosphäre durch die Einlagerung unter Tage entzogen. Es sind jedoch auch andere (industrielle) Anwendungen denkbar:
Das Ziel
Das ColdSpark®-Projekt wird unser Verständnis über die Mechanismen des Methan-Crackings als Grundlage für die H2-Produktion erheblich verbessern. Mit diesem besseren Verständnis wird ein Großprototyp des ColdSpark®-Methan-Cracking-Plasma-Reaktors gebaut. Er wird den Technologie-Reifegrad (TRL) 5 haben, was dem technischen Niveau vom “Versuchsaufbau in Einsatzumgebung” entspricht.
Damit wird das Verfahren im industriellen Maßstab validiert, also die Machbarkeit einer energieeffizienten Methanspaltung in einem technisch realistischen Umfang gezeigt. Wenn das klappt trägt der ColdSpark®-Prozess zum Ziel der globalen Emissionsfreiheit bei.
Kleiner Exkurs: Plasma – eine Annäherung
Wird ein Stoff erhitzt, wird er flüssig und bei weiterer Energiezufuhr gasförmig. Wird die Temperatur noch weiter erhöht entsteht ein Plasma. Dabei trennen sich die Elektronen eines Atoms teilweise oder ganz von dem Atomkern und erzeugen einen neuen, elektrisch leitenden, Zustand.
ColdSpark® nutzt Gleitlichtbogen und Koronaentladung, um ein nichtthermisches Plasma zu erzeugen. Beide Technologien weisen eine hohe Effizienz und Skalierbarkeit auf, können also gleich gut in kleinen wie in großen Anlagen eingesetzt werden.
Bisherige Ergebnisse & nächste Schritte
Der Entwurf des Corona-Plasma-Reaktors ist abgeschlossen, und die Konstruktionszeichnung des Reaktors wird derzeit fertiggestellt. Derzeit werden in einem internen Testlabor Sicherheitsmaßnahmen und Risikobewertungen durchgeführt.
Im Laufe diesen Jahres soll die erste größere Testanlage gebaut und betrieben werden.
Hintergrundinformationen
Die Coldspark®-Technologie stammt von der norwegischen Firma SEID AS, die über mehr als 25 Jahre Erfahrung mit nichtthermischen Plasma- und Hochspannungsanlagen verfügt. Das Projektkonsotium umfasst einschließlich SEID AS 7 Partner aus den Bereichen Forschung, Entwicklung und Industrie.
Weitere Informationen gibt es auf Englisch auf der Projektwebseite www.coldspark.eu.
Finanziert von der Europäischen Union. Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die des Autors/der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder der Europäischen Exekutivagentur für Klima, Infrastruktur und Umwelt (CINEA) wider. Weder die Europäische Union noch die Bewilligungsbehörde können für sie verantwortlich gemacht werden.
