Dekarbonisierter Wasserstoff​

Der Begriff „blauer Wasserstoff“ bezieht sich auf Wasserstoff, der unter Verwendung von SMR (Dampf-Methan-Reformierung) oder anderen Methoden aus Erdgas oder Kohle hergestellt und von CO2 getrennt wird. Dabei wird das CO2 durch Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) gebunden, um den Ausstoß von Treibhausgasen in die Umwelt zu reduzieren. Die blaue Farbe kennzeichnet den weitaus saubereren Energiestrom, der aus diesem Verfahren resultiert. Dies ist derzeit zumeist kostengünstiger und wirtschaftlicher als vollständig erneuerbarer grüner Wasserstoff. 

Blauer Wasserstoff ist nicht nur in mehreren Größenordnungen weniger kohlenstoffintensiv als grauer Wasserstoff, der ohne CCUS aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird, sondern die verwendeten Prozesse sind einfacher skalierbar und gut erprobt im Vergleich zu den verfügbaren Prozessen zur Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff aus Elektrolyse. Diese Faktoren und die Fülle an rohen Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen könnten blauem Wasserstoff einen Kostenvorteil auf dem Markt verschaffen, da Unternehmen und Verbraucher, insbesondere im Transportwesen und in der Schwerindustrie, Unsicherheiten bei den kurzfristigen Energiepreisen gegen langfristige Nachhaltigkeitsziele abwägen.

Herkömmliche Methoden zur Wasserstofferzeugung mittels fossiler Brennstoffe und CCUS erfordern Energie, Kapitalressourcen und Arbeitskräfte für den Betrieb. Und es wird wahrscheinlich immer industrielle Prozesse geben, die eine gewisse positive Nettomenge an Kohlenstoff emittieren. Die wichtigsten Anliegen der Wasserstoffproduzenten und -anwender von blauem Wasserstoff sind heute Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit. Die Gewährleistung der Reinheit, die präzise Steuerung von Prozesseinheiten, das Erzielen der höchstmöglichen CO2-Abscheidungsraten, die Optimierung der Lagerkapazität und das Management der Energie- und Wartungskosten sind notwendig, um eine stetige Wasserstoffversorgung zu gewährleisten und schnell steigenden Anforderungen gerecht zu werden.

Dampf-Methan-Reformierung, die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas, ist integraler Bestandteil der kommerziellen Produktion von blauem Wasserstoff im industriellen Maßstab. Bei dieser Methode ein chemischer Katalysator mit Dampf unter enormer Temperatur und enormem Druck beaufschlagt, der Wasserstoff vom Ausgangsmaterial trennt und Kohlenstoff an Sauerstoffatome aus Wasser bindet, wobei CO2 als Nebenprodukt gebildet wird. Der Durchsatz und die Effizienz des Prozesses hängen von der Aufrechterhaltung eines optimalen Verhältnisses des dem Reformer zugeführten Dampfes und Kohlenstoffs ab, um den Katalysator vor Verkokung zu schützen und den Energieverbrauch zu optimieren.

CCUS bezieht sich auf verschiedene Technologien zur Reduzierung von Treibhausgasen, die in der Energiewertschöpfungskette zum Einsatz kommen. Bei blauem Wasserstoff sind drei der am häufigsten eingesetzten und gut verstandenen Methoden der Kohlenstoffabscheidung die Vakuumwechseladsorption (VSA) und die Druckwechseladsorption (PSA), die beide in der Lage sind, Abscheidungsraten von über 90 % zu erzielen, sowie die aminbasierte Adsorption. Die Herausforderungen von PSA und VSA sind ähnlich: Gewährleistung der Sicherheit, Reinheit und Zuverlässigkeit bei sehr hohen Zyklusraten und Vermeidung von Leckagen, die zu einer geringeren Abscheidungseffizienz führen. Die aminbasierte Adsorption umfasst einen Kompromiss zwischen der Energie, die zur Regeneration des chemischen Lösungsmittels für die Kohlenstoffabscheidung benötigt wird, und der Effizienz des Prozesses selbst.

Ein wesentliches Verkaufsargument für dekarbonisierten (blauen) Wasserstoff ist, dass die Arten von Automatisierungstechnologien, die zur Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung erforderlich sind, bereits vorhanden und relativ kostengünstig sind. Automatisierung kann die Effizienz und Rentabilität von SMR-Blöcken verbessern, indem das Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis mithilfe fortschrittlicher Prozesssteuerungssysteme, Online-Überwachung von Anlagen und Massedurchfluss-Messsystemen mit höherer Präzision geregelt wird. Durch die kontinuierliche Analyse der chemischen Zusammensetzung kann die Lebensdauer des Katalysators verlängert werden. Dies ist ebenfalls für die Verbesserung der Leistungsmerkmale oben genannter CCUS-Methoden unerlässlich. Bei der Bewertung energiebezogener Leistungskennzahlen erleichtern Energiemanagement-Informationssysteme (EMIS) den Betreibern von wasserstoffbetriebenen Anlagen das Erreichen der optimalen Dampf- und Stromverbrauchsziele ihrer Betriebsabläufe.