Wasserstoff wird seinem Image als „Hoffnungsträger“ in der Energie- und Mobilitätswende nur dann gerecht, wenn er grün ist. Also die Herstellung mit regenerativen Energien erfolgt. Die TU Graz hat gemeinsam mit dem österreichischen Start-Up Rouge H2 Engineering nun ein Verfahren entwickelt, bei dem grüner Wasserstoff regional aus Biogas und Biomasse erzeugt wird. „Chemical-Looping Hydrogen-Methode“ nennen sie ihre Entwicklung. Dazu betreiben die Projektpartner seit 2020 im südsteirischen Mureck eine Demonstrationsanlage. Nun kündigte die TU Graz an, dass die Technologie reif für den kommerziellen Einsatz sei.

Platz für ihre Anlage fand die TU Graz auf dem Firmengelände des Stromanbieters Ökostrom Mureck GmbH. Auf dessen Betriebsgelände steht eine Biogasanlage. Sie liefert der Demonstrationsanlage den notwendigen Rohstoff. Denn gefüttert wird die Anlage mit Methangas, unter anderem aus Schweinegülle und Getreideresten. Weil die Anlage zunächst zu Test- und Demonstrationszwecken dient, zweigt sie nur rund einen Prozent des zur Verfügung stehenden Gases zur Wasserstoff-Herstellung ab.

Wirkungsgrad so hoch wie bei der Elektrolyse

Die Anlage versetzt das abgezweigte Gas mit Wasserdampf und leitet das Gemisch weiter in einen Reaktor. Im Reaktor entsteht aus dem Biogas-Wasserdampf-Gemisch ein sogenanntes Synthesegas. Dieses Synthesegas braucht man, weil es chemische Reaktionen auslöst. Es wandelt also Stoffe um, und bei dieser Stoffumwandlung entsteht reiner Wasserstoff. Genauer reduziert das Gas Eisenoxid zu reinem Eisen. Im weiteren Verlauf wird Wasserdampf in den Reaktor geleitet, der das Eisen zurück zu Eisenoxid umwandelt. Diese Hin-und-her-Reaktion setzt laut der TU Graz Wasserstoff mit einem Reinheitsgehalt von 99,998 Prozent frei. In der Industrie nutzt man für die Herstellung von Synthesegasen klassischerweise Erdöl oder Kohle.

Die Anlage weist mit dem Eisen-Wasserdampf-Prozess einen Wirkungsgrad von 75 Prozent auf. In diesem Punkt ist sie mit der klassischen H2-Herstellung per Elektrolyse konkurrenzfähig. Denn das Wasserstoff-Elektrolyseverfahren kommt auf einen Wirkungsgrad von etwa 60 bis 70 Prozent. „Wir zeigen damit, dass ein Chemical-Looping System in eine bestehende Biogasanlage eingebunden werden kann. Es entsteht hochreiner Wasserstoff für Brennstoffzellen aus realem Biogas, und zwar nicht nur im Labor, sondern tatsächlich im industriellen Maßstab“, sagt Viktor Hacker vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der Technischen Universität.

Von dem Gas der Murecker Biogasanlage nutzt die Demonstrationsanlage derzeit nur ein Prozent. „Würden wir anstelle des einen Prozents den gesamten Biogasstrom der Murecker Biogasanlage (rund 480 Kubikmeter pro Stunde) durch eine entsprechend hochskalierte Chemical-Looping-Anlage leiten, kämen wir auf eine drei Megawatt Wasserstoffproduktionsanlage“, sagt Projektleiter Gernot Voitic.

Der Druck fehlt, und (noch) die Abnehmer

Ein Problem gilt es für die Projektpartner noch zu lösen. Wasserstofffahrzeuge müssen laut Vorgaben mit 700 bar Druck betankt werden. Das ist notwendig, um möglichst viel Treibstoff in den Tank zu bekommen. Natürlich kann man Wasserstoff auch mit weniger Druck tanken – mit entsprechenden Reichweiteneinbußen. Die Chemical-Looping-Anlage erzeugt Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 100 bar, das reicht für eine Betankung nicht aus. Laut der TU ist die Komprimierung des Wasserstoffs auf 700 bar sehr komplex und kostspielig. „Irgendwo muss diese Verdichtung erfolgen, entweder direkt am Herstellungsort oder spätestens bei der Tankstelle“, sagt Hacker. Tankstellen etwa könne man auch mit abgefülltem grünem Wasserstoff beliefern, auch wenn sich dies negativ auf den Abgabepreis auswirke.

Der Ökostromanbieter Mureck zeigt sich interessiert an der kommerziellen Nutzung, hat aber auch Bedenken: „Wir könnten uns sehr gut vorstellen, unser Biogas auch zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden und unser Gelände um eine entsprechende Anlage zu ergänzen. Aber abkaufen muss uns den Wasserstoff auch jemand“, sagt Karl Totter, Chef von Ökostrom Mureck. Es bleibt dabei: Einen echten Markt für den Wasserstoffantrieb gibt es noch nicht.