Wasserstoff aus Biomasse zur CO2-neutralen, effizienten und dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung

Wasserstoff wird heutzutage primär durch Dampfreformierung von Erdgas hergestellt. Dabei entstehen
hohe CO2 Emissionen. Die aktuelle Klimasituation macht es notwendig, alternative und erneuerbare
Quellen für die Wasserstoffproduktion zu finden. Abseits der Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse,
wenn diese über erneuerbare Stromquellen betrieben wird, bietet sich die Wasserstoffproduktion aus
Biomasse an.
Das bei der Biomasse-Dampfvergasung entstehende Produkt- oder Holzgas weist einen
Wasserstoffanteil von ca. 40 vol. % auf. Über weitere Gasreinigungs- und Konditionierungsschritte kann
aus dem Holzgas Wasserstoff mit einer Reinheit > 99,95 vol. % gewonnen werden. Dadurch, dass
Biomasse als Ausgangsstoff verwendet wird, würden bei einer Wasserstoffproduktion auf Grundlage
dieser Technologie keine zusätzlichen CO2 Emissionen entstehen.
In diesem Projekt sollen Prozessketten evaluiert und getestet werden, die eine erneuerbare
Wasserstoffproduktion aus Biomasse ermöglichen sollen.
Im Zuge des Projekts wurden diverse verfahrenstechnische Unit Operations zur Wasserstoffproduktion
am Standort des Biomasse-Dampfvergasungskraftwerks in Oberwart getestet. Darunter eine dreistufige
Wassergas-Shift (WGS) Unit zur Umwandlung von Kohlenmonoxid in Wasserstoff, eine Membran Unit
zum Anreichern von Wasserstoff und gleichzeitigem Verringern von Kohlenmonoxid und Methan, ein
Gaswäscher, der mit Hilfe des Waschmittels Rapsmethylester (RME) Teere abscheiden soll und einer
Druckwechseladsorptions-Anlage (DWA) zur Feinreinigung des Wasserstoffs, um Reinheiten > 99 vol. %
zu erreichen. Zum Nachweis der erzeugten Wasserstoffqualität wurde mit dem aus Biomasse erzeugten
Wasserstoff eine PEM Brennstoffzelle betrieben, deren Anforderungen an die eingesetzte Reinheit sehr
hoch sind.
Es gab insgesamt zwei Langzeitversuche mit unterschiedlichen Prozesskettenkonfigurationen. Die
Prozesskette 1 zur Wasserstofferzeugung aus Biomasse bestand aus dem RME Gaswäscher, der
Membran Unit, der Druckwechseladsorption und der PEM Brennstoffzelle. Die Prozesskette 2 bestand
aus einer dreistufigen WGS Unit, dem RME Gaswäscher, der Druckwechseladsorption und der PEM
Brennstoffzelle. Beide Prozessketten ermöglichten die Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse. In
beiden Fällen wurde eine Reinheit > 99,95 vol. % erreicht. Diese hohe Reinheit ermöglichte auch einen
problemlosen Betrieb der PEM Brennstoffzelle. Vor und parallel zum Betrieb der Prozessketten wurden
umfangreiche Untersuchungen und Optimierungen zu den einzelnen Prozessschritten (Membran, DWA,
WGS, PEM) durchgeführt, um eine verlässliche und kontrollierbare Performance dieser Stufen zu haben.
Im ersten Teil dieses Berichtes werden die bei den Versuchen verwendeten Anlagenteile beschrieben,
sowie die verwendeten Messmethoden mit denen das erzeugte Gas analysiert wurde. Anschließend
werden die beiden Prozessketten beschrieben und dargestellt. Die wichtigsten Highlights aus den
Untersuchungen an den einzelnen Stufen der Prozessketten sind Inhalt eines weiteren Kapitels
Basierend auf diesen Versuchsdaten wurde eine IPSEpro Simulation der beiden Prozessketten zur
Wasserstofferzeugung durchgeführt. Anhand der Ergebnisse dieser Simulationen wurde in weiterer
Folge ein Konzept für einen Scale-Up der Anlage zur Wasserstoffherstellung erstellt.