So beschleunigt Erdgas den Weg hin zu Wasserstoff
Es gibt mehr als einen Weg zur Dekarbonisierung und die sogenannte „Energiewende“ muss schrittweise umgesetzt werden.
Um den steigenden Anforderungen zur Reduzierung von Treibhausgasen und der Erfüllung wichtiger Nachhaltigkeitsziele gerecht zu werden, verfolgen Unternehmen die Nutzung von Wasserstoff als flexible, erneuerbare Energiequelle.
Wasserstoff gewinnt aufgrund der hohen Flexibilität hinsichtlich seiner Entstehung und Verwendung zunehmend an Bedeutung. Er kann nicht nur aus traditionellen Kohlenwasserstoffquellen wie Öl, Gas oder Kohle gewonnen werden, sondern er kann durch ein Verfahren namens Elektrolyse auch aus erneuerbarem Wind- und Solarstrom hergestellt werden.
Die verschiedenen Arten der Wasserstoffherstellung und das damit verbundene Emissionsprofil bei der Produktion werden im Sprachgebrauch oft mit Farben bezeichnet. So wird beispielsweise erneuerbarer Wasserstoff oder „grüner H2“ aus rein erneuerbaren Quellen ohne Emissionen gewonnen, während der „graue Wasserstoff“ aus kohlenstoffbasierten Quellen gewonnen wird, deren Emissionen in die Atmosphäre freigesetzt werden. Bei dekarbonisierten Quellen handelt es sich um „blauen H2“, der zwar auch aus Kohlenwasserstoffen (am häufigsten sauberes Erdgas) bezogen wird, aber den Vorteil der Kohlenstoffabscheidung hat, die verhindert, dass Emissionen in die Atmosphäre gelangen.
Trotz aktueller Preisschwankungen ist die Erdgasinfrastruktur ein Beschleuniger für die Wasserstoffwirtschaft. Dank des reichlichen Angebots an natürlichen Ressourcen besteht die Möglichkeit, Gasmoleküle so nahe wie möglich an der Bedarfsstelle in Wasserstoff umzuwandeln.
Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen ist unter dem Aspekt der ökologischen Nachhaltigkeit als vorrangig anzusehen, da kein Kohlenstoff in die Energieversorgung gelangt. Die Infrastruktur, die für die Gewinnung von Wasserstoff aus grünen Quellen erforderlich ist, ist einfach noch nicht vorhanden und wird auch noch länger auf sich warten lassen. Das Warten auf diese Infrastruktur behindert die Erfüllung der Netto-Null-Dekarbonisierungsziele.
Andererseits ist die bestehende Erdgasinfrastruktur sehr umfassend und bietet eine schnelle und sichere Möglichkeit, Erfahrungen hinsichtlich der Verwendung von Wasserstoff in einer Vielzahl von Anwendungen zu sammeln.
Allein in den Vereinigten Staaten existieren mehr als 3 Millionen Meilen Erdgaspipelines und mehrere Millionen weitere weltweit. Trotz der jüngsten Preisschwankungen ist die Erdgasinfrastruktur ein Beschleuniger für die Wasserstoffwirtschaft. Da ausreichend natürliche Ressourcen vorhanden sind, besteht die Möglichkeit, Gasmoleküle in Wasserstoff umzuwandeln, und zwar dort, wo er gebraucht wird. Und im Gegensatz zu seinem grauen Pendant umfasst blauer Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird, Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung und dauerhaften unterirdischen Speicherung, um die Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre zu verhindern.
Dies ist ein wichtiger Schritt für den zunehmenden Einsatz und die Akzeptanz von Wasserstoff, da sich Erdgas als eine der saubersten Formen von Kohlenwasserstoff-Energiequellen erwiesen hat. Wasserstoff auf Erdgasbasis in Verbindung mit Kohlenstoffabscheidung bietet eine enorme Chance, die Einführung von Wasserstoff weltweit kurz- und mittelfristig zu beschleunigen und langfristig auf einen wachsenden Anteil erneuerbarer oder emissionsfreier Rohstoffe umzustellen.
Erdgas-zu-Wasserstoff-Produktion verstehen
Heute wird der Großteil des in den USA und weltweit produzierten Wasserstoffs durch Dampf-Methan-Reformierung hergestellt, einem ausgereiften Produktionsprozess, bei dem Hochtemperaturdampf zur Erzeugung von Wasserstoff aus einer Methanquelle, z. B. Erdgas, verwendet wird. Ohne Technologie zur Emissionsabscheidung werden bei der Erdgasreformierung große Mengen an Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Um Wasserstoff nachhaltiger zu machen, müssen sich die Hersteller mit den Emissionen dieses Produktionsweges auseinandersetzen. Dies ist ein wichtiger Schritt für die Industrie, die heute Pläne für den Übergang zu sauberer Energie schmiedet und gleichzeitig langfristige grüne Lösungen für morgen entwickelt.
Das Dampfreformierungsverfahren (Steam Methane Reforming, SMR) gliedert sich in drei Phasen. Zunächst reagiert Erdgas mit Wasserdampf, Druck und einem Katalysator, wobei Wasserstoff, Kohlenmonoxid und eine geringe Menge Kohlendioxid entstehen. In der nächsten Phase, bekannt als „Wasser-Gas-Wechselreaktion“, reagieren Dampf und Kohlenmonoxid mit einem Katalysator, um Kohlendioxid und mehr Wasserstoff zu produzieren. In der letzten Phase entsteht reiner Wasserstoff durch „Druckwechseladsorption“, wobei das Kohlendioxid und andere Verunreinigungen entfernt werden. Bei der herkömmlichen, grauen Wasserstofferzeugung wird das überschüssige Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben. Bei blauem Wasserstoff hingegen wird der größte Teil der Kohlendioxidmoleküle aufgefangen und zur langfristigen Speicherung in den Untergrund zurückgeführt.
Je mehr Wasserstoff auf dem Markt ist, desto mehr saubere Energie kann auf verschiedene Weise zum Einsatz kommen. Die Beimischung von erneuerbarem Wasserstoff zur Erdgasversorgung verringert die Treibhausgasemissionen insgesamt.
Tatsächlich gibt es diese Technologien für die Überbrückung hin zur künftigen Nutzung eines nachhaltigeren Wasserstoffkraftstoffs bereits. Emersons Lösungen für Dampf-Methan-Reformer (SMR) optimieren und stabilisieren den Betrieb von Reformern, um Produzenten dabei zu unterstützen, die Produktivität zu verbessern, die Variabilität zu reduzieren, den Energieverbrauch zu senken, die Emissionen zu verringern und Sicherheitsrisiken zu minimieren. Zu diesen Lösungen gehört die Installation von Micro Motion Coriolis-Messsystemen an der Brennstoff- oder Erdgaszufuhr zur Regelung des Dampf-Kohlenstoff-Verhältnisses. Diese Messsysteme gewährleisten Sicherheit, Lebensdauer des Katalysators und Energiekosten. Da Wasserstoff unter hohem Druck produziert wird, tragen die Stellventile und Regler von Emerson zur Aufrechterhaltung eines sicheren, kontrollierten Prozesses bei. Zur Steigerung der Gesamteffizienz und zur Erkennung von Lecks im System setzt Emerson auch die Druckwechseladsorptionstechnologie (PSA) ein. Diese Lösungen können in Verbindung mit anderen Emerson Technologien (wie digitale Zwillinge, Steuerungs- und Überwachungssysteme und die Plantweb Optics Platform) Unternehmen bei der effizienten und sicheren Umwandlung von Erdgas in blauen Wasserstoff unterstützen.
Je mehr Wasserstoff auf dem Markt ist, desto mehr saubere Energie kann auf verschiedene Weise zum Einsatz kommen. Die Beimischung von erneuerbarem Wasserstoff zur Erdgasversorgung verringert die Treibhausgasemissionen insgesamt. Zudem bietet die Einführung von blauem Wasserstoff die Möglichkeit, wertvolle Energie- und Infrastrukturressourcen wie fossile Brennstoffreserven und Erdgaspipelines zu nutzen.
Führend auf dem Weg zu H2
Ein Unternehmen, das sich mit der Nutzung von erneuerbarem Wasserstoff befasst, ist der kanadische Energieversorger Enbridge. Mit Hilfe der Technologie von Emerson ist das Unternehmen das erste in Nordamerika, das erneuerbaren Strom zur Herstellung von emissionsfreiem Wasserstoff nutzt. In einem Pilotprogramm, das 3.500 Haushalte mit sauberer Energie versorgt, hat Enbridge auch Wasserstoff in die Erdgasinfrastruktur integriert. Dieses skalierbare Projekt ist ein Beispiel dafür, wie blauer Wasserstoff zur Schaffung lokaler, kohlenstoffarmer Ökonomien und einer nachhaltigeren Energiezukunft beitragen kann.
Ein weiterer Kunde von Emerson, der die Wasserstoffwirtschaft vorantreibt, ist BayoTech mit Sitz in Albuquerque im US-Bundesstaat New Mexico. Als Anbieter der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette innoviert BayoTech die Art und Weise, wie Wasserstoff produziert, geliefert und verbraucht wird. Die Erzeugung reicht von der Dampfreformierung von Erdgas, Deponiegasen und landwirtschaftlichem Biogas bis hin zu erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne.
Ende 2022 wird BayoTech eine Partnerschaft mit Savock Farms in Schottland eingehen und einen Teil des Biomethans, das bei anaeroben Vergärungsprozessen vor Ort erzeugt wird, in das Versorgungsnetz einspeisen und für die Wasserstoffproduktion verwenden. Mit Hilfe der Emerson-Technologie kann das BayoTech-Projekt 1.000 Kilogramm oder mehr erneuerbaren Wasserstoff pro Tag produzieren, um emissionsfreie Fahrzeuge in der Region zu betreiben. Dieses replizierbare, skalierbare Projekt verschafft lokalen Verbrauchern Zugang zu kohlenstoffnegativem Wasserstoff. Das Projekt steht auch in direktem Zusammenhang mit den Plänen Schottlands, bis 2030 mindestens 5 Gigawatt an erneuerbaren und kohlenstoffarmen Wasserstofferzeugungskapazitäten zu installieren.
Kreative Lösungen zur Integration sauberer Energielösungen sind ein Gewinn für Unternehmen, politische Entscheidungsträger und Verbraucher. Da die Welt bis zum Jahr 2050 Netto-Null-Emissionen anstrebt, kann Wasserstoff eine entscheidende Rolle bei der Deckung des globalen Bedarfs an sauberer Energie spielen. Der Schlüssel dazu ist die Beseitigung von Einführungshemmnissen, sodass wir „aus der Praxis lernen“ und Vertrauen in Wasserstoff als nachhaltige Energiequelle für die Zukunft gewinnen können.