Erneuerbare Energie

Die katalytische Methanzersetzung (CMD) bietet eine CO2-freie Wasserstoffproduktion unter Verwendung von Übergangsmetallkatalysatoren, wobei die Herausforderungen der Katalysatordeaktivierung durch Strategien wie bimetallische Katalysatoren und innovative Reaktordesigns überwunden werden. Sie ist wirtschaftlich wettbewerbsfähig und ermöglicht potenziell kohlenstoffnegativen Wasserstoff über Biogas mit wertvollen Kohlenstoffnebenprodukten.

Das Papier enthält eine Analyse von 19 Methoden der Wasserstofferzeugung mit Schwerpunkt auf Effizienz, Kosten und Umweltverträglichkeit. Es wird auf die Effizienz der Reformierung fossiler Brennstoffe und die hohen Umweltauswirkungen nicht erneuerbarer Quellen hingewiesen. Erneuerbare Methoden sind nachhaltiger, aber weniger entwickelt. Hybride Ansätze bieten ausgewogene Ergebnisse, während für eine wirklich nachhaltige Wasserstofferzeugung weitere Innovationen erforderlich sind.

Beim katalytischen Cracken von Methan werden Wasserstoff und fester Kohlenstoff ohne CO2-Emissionen erzeugt, wobei Katalysatoren wie Nickel in Reaktoren wie Wirbelschichten eingesetzt werden. Die Deaktivierung von Katalysatoren und der Reaktor stellen Herausforderungen dar, aber Fortschritte könnten dieses Verfahren zu einer wettbewerbsfähigen, sauberen Energielösung machen.

Die weltweite Stromnachfrage wird voraussichtlich steigen, angeführt von China und Indien, wobei das gesamte Wachstum bis 2026 von erneuerbaren Energien und der Kernenergie gedeckt wird. Dies deutet auf eine Verlagerung hin zu emissionsarmen Quellen und eine Verringerung der CO2-Intensität hin und verdeutlicht die regionalen Unterschiede bei Zugang und Verbrauchstrends.

Wasserstoff wird zunehmend als Schlüssel zu nachhaltiger Energie angesehen. Verschiedene Länder entwickeln nationale Strategien, die sich auf die Dekarbonisierung schwer abbaubarer Sektoren und das Wirtschaftswachstum konzentrieren. Technologische Innovationen zielen darauf ab, sauberen Wasserstoff effizient zu produzieren, wobei internationale Zusammenarbeit und öffentlich-private Partnerschaften für den Übergang zu einer wasserstoffbasierten Wirtschaft entscheidend sind.

Der Beitrag gibt einen Überblick über die Elektrifizierung chemischer Prozesse zur Dekarbonisierung und konzentriert sich dabei auf joule-beheizte katalytische Reaktoren zur effizienten Wärmeerzeugung, wobei die Vorteile gegenüber der herkömmlichen Verbrennung fossiler Brennstoffe und Anwendungen bei der Methanreformierung und CO2-Aufwertung hervorgehoben werden.

Das EU-Projekt STORMING treibt die Methankrackung für die CO2-freie Wasserstofferzeugung mit Hilfe von Katalysatoren und strukturierten Reaktoren voran, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden. Bei diesem Verfahren werden auch wertvolle Kohlenstoff-Nanoröhrchen gewonnen, die nachhaltige und wirtschaftlich vorteilhafte Wasserstoffanwendungen und die Energiewende fördern.

Die EU strebt an, bis 2030 20 Millionen Tonnen erneuerbaren Wasserstoff zu produzieren und zu importieren, um die Klimaziele zu erreichen. Die Europäische Wasserstoffbank, die fester Bestandteil von REPowerEU ist, unterstützt dies durch Subventionen und Marktintegration. Investitionen in Wasserstofftechnologien fördern die Innovation, die Schaffung von Arbeitsplätzen und die internationale Zusammenarbeit, wodurch die Energiesicherheit und die globale Führungsrolle bei der Umstellung auf saubere Energien verbessert werden.

Die Wasserstofferzeugung durch katalytische Methanzersetzung (CMD) unter Verwendung von Katalysatoren auf Fe-Basis bietet Umweltvorteile gegenüber der herkömmlichen Methandampfreformierung, da direkte CO2-Emissionen vermieden werden. Fe-Al2O3-Katalysatoren verbessern die Effizienz und bieten Möglichkeiten, Kohlenstoffnebenprodukte in wertvolle Nanomaterialien für die Energiespeicherung und Elektronik umzuwandeln, was einen wichtigen Beitrag zu einer Kreislaufwirtschaft und zu Fortschritten im Bereich der sauberen Energie bedeutet.