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Keramik-Elektrolyseure sollen Abgase in Dünger und Treibstoff verwandeln

Keramischer Plattenstapel ("Stack") aus dem Fraunhofer-IKTS, der als Herzstück für Brennstoffzellen und Elektrolyseure dienen kann. Foto: Heiko Weckbrodt

Keramischer Plattenstapel („Stack“) aus dem Fraunhofer-IKTS, der als Herzstück für Brennstoffzellen und Elektrolyseure dienen kann. Foto: Heiko Weckbrodt

Fraunhofer-Experte: Durch 30 % höhere Effizienz lohnen sich Koppelprozesse heute mehr denn je

Dresden, 26. Juli 2022. Moderne Brennstoffzellen und Elektrolyseure können nicht nur vergleichsweise umweltfreundlich Wasserstoff oder Strom erzeugen, sondern weit effizienter als frühere Lösungen auch Synthesegas, Ammoniak und weitere Ausgangsstoffe zum Beispiel für die Düngerproduktion und als Erdgas-Ersatz. Dabei können sich auch Kohlendioxid, Stickstoffe und andere Abgase unschädlich machen. Das hat Prof. Alexander Michaelis, der Leiter des Fraunhofer-Keramikinstituts IKTS in Dresden, eingeschätzt.

Prof. Alexander Michaelis leitet das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. Foto: Fraunhofer IKTS.

Prof. Alexander Michaelis leitet das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. Foto: Fraunhofer IKTS

Kombination mit Fischer-Tropsch und Haber-Bosch

Dafür müssten die Ingenieure ihre Wasserstofftechnik allerdings ausbauen, sie zum Beispiel mit Fischer-Tropsch- und Haber-Bosch-Anlagen kombinieren. Ersteres ist ein Verfahren, um aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff synthetische Treibstoffe zu gewinnen. Haber-Bosch dagegen erzeugt aus dem Wasserstoff der Elektrolyseure und Stickstoff aus der Luft im nächsten Schritt Ammonik – das wiederum zu Dünger weiterverarbeitet werden kann.

Aus Kohle, Wasser und Strom werde Treibstoff: flüssige Fischer-Tropsch-Produkte, die Fraunhofer-Forscher in der IKTS-Testanlage synthetisiert haben. Foto: Jürgen Lösel für das Fraunhofer-IKTS

Aus Kohle, Wasser und Strom werde Treibstoff: flüssige Fischer-Tropsch-Produkte, die Fraunhofer-Forscher in einer IKTS-Testanlage synthetisiert haben. Foto: Jürgen Lösel für das Fraunhofer-IKTS

CO2 und Stickstoff nutzbringend verarbeiten

Ein ökologischer Zusatznutzen, auf den Michaelis auch hinweist: Wenn man all diese Reaktoren im industriellen Maßstab mit anderen Prozessen koppelt, lassen sich dabei auch Verbrennungsabgase wie Kohlendioxid zerlegen und wieder nutzbar machen – eben beispielsweise zusammen mit Wasserstoff im Synthesegas. „An diesen Verfahrensketten arbeiten wir hier im Institut schon seit 1992“, berichtet der auf Keramiken und andere nichtmetallische Werkstoffe spezialisierte Forscher.

Besserer Wirkungsgrad in Hochtemperatursystemen

Zwar sind die zugrunde liegenden Prozesse schon weit länger bekannt. Allerdings hoffen die Fraunhofer-Ingenieure auf einen erheblichen Effizienzschub für diese Technologien durch den Einsatz von Hochtemperatur-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen. Deren Reaktorstapel („Stacks“) bestehen aus Keramik und lassen sich bei Temperaturen jenseits der 850 Grad mit einem höheren Wirkungsgrad betreiben als Systeme auf Basis von Alkali-Technik oder Proton-Austausch-Membranen (PEM). Laut Michaelis erzielen die Keramik-Systeme eine etwa 30 Prozent höhere Ausbeute als herkömmliche Lösungen.

Einsatzmöglichkeiten sieht er dafür sowohl im mobilen wie im stationären Bereich: Mit Brennstoffzellen der Kilowatt-Klasse lassen sich auch Laster und andere Nutzfahrzeuge über längere Strecken bewegen und rasch nachtanken. Und fest installiert, können solche Hochtemperatursysteme nicht nur als Notstromaggregate aushelfen, sondern entsprechend vergrößert auch die ökologische Bilanz ganzer Fabriken verbessern.

Autor: hw

Quelle: IKTS, Wissenschaftsnacht Dresden