Verfahren zur Wasserstoffgewinnung

Für die Herstellung von reinem Wasserstoff lassen sich großtechnisch insbesondere folgende Verfahren nutzen:

  1. Die Wasserelektrolyse
  2. die Steam-Reformierung mit Reinsauerstoff und
  3. der Turbo-Wasserstoff-Produktions-Prozess (THP-Prozess)

I. Wasserelektrolyse

Unter Wasserelektrolyse versteht man die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines elektrischen Stromes. Der energetische Wirkungsgrad der Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse von Wasser beträgt je nach angewandtem Detailverfahren zwischen 60 % und 85 %. Die wichtigste Anwendung dieser Elektrolyse ist die Gewinnung von Wasserstoff, die allerdings bisher technisch nur genutzt wird, wenn günstige elektrische Energie zur Verfügung steht, da bisher die Wasserstoffgewinnung aus fossilen Energieträgern günstiger ist als die Herstellung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse.

II. Steam-Reformierung mit Reinsauerstoff

Die Wasserstoffgewinnung durch die Steam-Reformierung mit Reinsauerstoff besteht aus folgenden Verfahrensschritten:

  1. Luftzerlegung und Erzeugung von reinem Sauerstoff in Luftzerlegungsanlagen,
  2. autotherme Wasserdampfvergasung mit O2-Oxidation (Verbrennung eines Teils des eingesetzten Brennstoff mit Reinsauerstoff, um die für die in der Summe endothermen Vergasungsreaktionen erforderlichen Wärme bereitzustellen),
  3. Abkühlung des bei der Vergasung erzeugten Gasgemischs in einem Abhitzedampfkessel zur Gaskühlung und gleichzeitigen Erzeugung des für das Verfahren benötigten Dampfes,
  4. Konvertierung des im Gasgemisch enthaltenen CO zu H2 unter weiterer Zugabe von Wasserdampf, wobei die Konvertierung in zwei Stufen erfolgt und zwar
    1. zunächst in einem Hochtemperatur-Wassergas-Shift-Reaktor bei 400°C bis 500°C und
    2. nach weiterer Abkühlung des Gases in einem Niedertemperatur-Wassergas-Shift-Reaktor bei ca. 200°C.
  5. Nach weiterer Abkühlung des Wassergases in einem Gaskühler erfolgt das Abscheiden des CO2 in einer physikalischen Wäsche (Adsorption) z.B. mit Methanol und anschließender Regenerierung des Methanols (Desorption des CO2). Nach diesem Verfahrensschritt besteht das Produktgas in hoher Konzentration aus H2 mit Restanteilen von CO und N2.
  6. Abtrennung der Restanteile an CO und N2 durch Druckwechseladsorption.Die Steam-Reformierung mit Reinsauerstoff erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 70%. Das Verfahren wird in erster Linie für die Wasserstoffgewinnung aus Erdgas eingesetzt.

III. Der Turbo-Wasserstoff-Produktions-Prozess

THP-Prozess

  1. Bei dem Turbo-Wasserstoff-Produktions-Prozess (THP-Prozess) handelt es sich um eine Steam-Reformierung von Brennstoffen mit Luft zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gasgemischs, mit nachfolgender Verdichtung des Gasgemischs in Turboverdichtern und anschließender kryogener Gaszerlegung.
  2. Der THP-Prozess befindet sich in der Entwicklungsphase und lässt einen Vergasungswirkungsgrad von ca. 90% erwarten. Das Verfahren ist in erster Linie für die Wasserstoffgewinnung aus Erdgas, Biomasse und Kohle interessant.