Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 4 - nova-Institut ...

Wasserstoffherstellung 241
Dampfreformierung
(siehe auch Artikel Dampfreformierung)
Bei der Dampfreformierung wird aus Kohlenwasserstoffen in zwei Prozessschritten Wasserstoff erzeugt. Als
Rohstoffe können verwendet werden: Erdgas, Biomasse, aber auch langkettigere Kohlenwasserstoffe aus Erdöl wie
etwa die Mittelbenzinfraktion. Dieses Verfahren ist etabliert und in Anlagen mit Kapazitäten von bis zu
100.000 m³/h umgesetzt.
Im ersten Schritt werden langkettigere Kohlenwasserstoffe in einem Pre-Reformer unter Zugabe von Wasserdampf
bei einer Temperatur von etwa 450–500 °C und einem Druck von etwa 25–30 bar zu Methan, Wasserstoff,
Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid aufgespalten. Diese Vorstufe vermeidet eine zu starke Verkokung des
Reformerkatalysators. Im zweiten Schritt wird im Reformer das Methan bei einer Temperatur von 800 bis 900 °C
und einem Druck von etwa 25-30& bar an einem Nickelkatalysator mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff
umgesetzt. Dem zweiten Schritt ist in der Regel eine Raffinationsanlage zur Gasaufbereitung vorgeschaltet, da
Katalysatoren äußerst empfindlich auf Schwefel- und Halogenverbindungen, insbesondere Chlor (Katalysatorgifte),
reagieren.
• Allgemeine Gleichung:
• Beispiel Methan: ;
Das durch unvollständige Umsetzung erzeugte Zwischenprodukt Kohlenmonoxid wird anschließend noch mit Hilfe
der Wassergas-Shift-Reaktion an einem Eisen(III)-oxidkatalysator zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Um
im abschließenden Schritt Reinstwasserstoff zu gewinnen, nutzt man in der Praxis häufig
Druckwechsel-Adsorptionsanlagen oder Lauge-Absorptionsgaswäschen, die Nebenprodukte wie CO, CO 2 und CH 4
bis auf einige wenige ppm herausfiltern.
Die Dampfreformierung ist zurzeit die wirtschaftlichste und am weitesten verbreitete (~90 %) Methode, Wasserstoff
zu erzeugen. Durch die Verwendung fossiler Energieträger wird dabei aber genauso viel des Treibhausgases
Kohlendioxid CO 2 freigesetzt, wie bei deren Verbrennung. Durch Verwendung von Biomasse kann die Klimabilanz
verbessert werden, da dann nur das Kohlendioxid freigesetzt wird, das zuvor beim Wachstum der Pflanzen aus der
Atmosphäre aufgenommen wurde.
Partielle Oxidation
(siehe auch Artikel partielle Oxidation)
Bei der partiellen Oxidation wird der Rohstoff, wie Erdgas oder ein schwerer Kohlenwasserstoff (Heizöl),
substöchiometrisch – also unter Sauerstoffmangel – in einem exothermen Prozess umgesetzt. Reaktionsprodukte
sind vor allem Wasserstoff und Kohlenmonoxid:
• Allgemeine Reaktionsgleichung:
• Beispiel: typischer Bestandteil von Heizöl:
• Beispiel: typische Zusammensetzung von Kohle:
Meist wird noch Wasser zugesetzt, um sowohl die extremen Temperaturen als auch die Rußbildung in den Griff zu
bekommen, sodass man von einer autothermen Reformierung mit wenig Wasser sprechen müsste. Die Partielle
Oxidation gilt als technisch ausgereift.
In kohlereichen Ländern wie China oder Südafrika kann als Ausgangsstoff für dieses Verfahren auch Kohle genutzt
werden, die vorher zermahlen und mit Wasser zu einer Suspension vermischt wird.