Forscher des Skolkowo-Instituts für Wissenschaft und Technologie (Skoltech) in Moskau haben eine innovative Technologie entwickelt, die verspricht, die globale Energielandschaft zu verändern. Ihnen ist es gelungen, Wasserstoff aus Erdgas mit einem Wirkungsgrad von 45 % direkt in einem Gasfeld herzustellenein bedeutender Fortschritt, der den Übergang von fossilen Brennstoffen zu sauberer Energie beschleunigen könnte.
Das von Skoltech entwickelte Verfahren umfasst die Dampfinjektion und ein Katalysator in eine Erdgasquelle geleitet, gefolgt von der Zugabe von Sauerstoff, um das Gas zu entzünden. Bei dieser katalysatorunterstützten Verbrennung entsteht ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Wasserstoff lässt sich leicht extrahieren, wobei Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zurückbleiben dauerhaft gefangen am Standort und verhindert so dessen Freisetzung in die Umwelt.
Derzeit stammen etwa 80 % der weltweiten Energie aus fossilen Brennstoffen wie Öl und Erdgas. Diese Kraftstoffe setzen beim Verbrennen Kohlendioxid frei, was zum Klimawandel beiträgt und die Umwelt gefährdet. Obwohl Erdgas als sauberer als Öl gilt, stößt es dennoch Kohlendioxid aus, was es zu einer erheblichen Bedrohung macht.
Wasserstoff, der bei seiner Verwendung lediglich Wasserdampf abgibt, könnte eine sein Alternative gesünder und nachhaltiger. Allerdings war seine Herstellung eine technische und wirtschaftliche Herausforderung. Der Vorschlag von Skoltech, Wasserstoff direkt aus Erdgasfeldern zu gewinnen, die reich an Kohlenwasserstoffen sind, die auf molekularer Ebene eine große Menge Wasserstoff enthalten, bietet eine vielversprechende Lösung.
Stufen
Der vom Skoltech-Team vorgeschlagene Prozess ist effizient und besteht aus: verschiedenen Stadien. Zunächst wird Dampf zusammen mit einem Katalysator in das Bohrloch injiziert. Anschließend wird Luft oder reiner Sauerstoff hinzugefügt, um das Gas direkt im Reservoir zu entzünden. Mithilfe von Wasserdampf und Katalysator wird Erdgas in ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt. Das gebildete Kohlendioxid verbleibt im Reservoir und verhindert so seine Freisetzung.
Im letzten Schritt wird Wasserstoff aus dem Bohrloch gefördert durch eine Membran, die andere Verbrennungsprodukte blockiert. Bei dieser Methode bleiben Kohlenmonoxid und Kohlendioxid dauerhaft unter der Erde eingeschlossen.
Ergebnisse
Die Forscher testeten ihren Prozess in Laborreaktoren, die eine reale Gasfeldumgebung simulierten. Sie benutzten Schotter und Methan, neben Wasserdampf, einem Katalysator und Sauerstoff der Hauptbestandteil von Erdgas. Sie hielten den Druck im Reaktor auf einem für Gasfelder typischen Niveau, achtzigmal höher als der atmosphärische Druck.
Die Ergebnisse waren ermutigend: 45 % des gesamten Gasvolumens wurden bei 800 °C in Wasserstoff umgewandelt, wobei große Mengen Dampf in den Reaktor eingeleitet wurden. Um die Effizienz zu maximieren, wurde festgestellt, dass viermal so viel Dampf wie Erdgas vorhanden sein muss. Die Wahl der Temperatur von 800 °C ist darauf zurückzuführen, dass diese bei der Verbrennung von Erdgas problemlos erreicht wird, ohne dass eine künstliche Wartung erforderlich ist.
Die Wasserstoffausbeute hängt auch von der ab Gesteinszusammensetzung. In Experimenten mit porösem Aluminiumoxid die Ausbeute erreichte 55 %. Dies liegt daran, dass Aluminiumoxid inert ist und nicht mit umgebenden Elementen reagiert. Im Gegensatz dazu enthält natürliches Gestein aktivere Mineralien, die mit Bestandteilen des Gasgemisches reagieren und die Wasserstoffleistung beeinträchtigen können.
„Alle Phasen des Prozesses basieren auf bewährten Technologien Sie waren bisher nicht für die Wasserstoffproduktion aus echten Gasfeldern adaptiert worden. Wir haben gezeigt, dass unser Ansatz dazu beitragen kann, Kohlenwasserstoffe in der Lagerstättenumgebung mit einem Wirkungsgrad von bis zu 45 % in „grüne“ Kraftstoffe umzuwandeln. In Zukunft planen wir, unsere Methode in echten Gaslagerstätten zu testen“, sagte Elena Mukhina, Ph.D., leitende Forschungswissenschaftlerin bei Skoltech Petroleum und Projektleiterin.
