Grauer Wasserstoff: Wie entsteht Wasserstoff aus Erdgas?
Wasserstoff ist unabhängig von seiner Herstellungsart ein farbloses Gas. Trotzdem wird Wasserstoff häufig mit Farben bezeichnet.
Die Begriffe grau, blau, grün oder türkis beschreiben dabei nicht die Farbe des Wasserstoffs, sondern wie der Wasserstoff hergestellt wird und wie mit dem dabei entstehenden Kohlenstoff beziehungsweise CO₂ umgegangen wird.
Eine der heute etablierten Methoden zur industriellen Wasserstoffproduktion ist die Herstellung aus Erdgas. Wird das dabei entstehende CO₂ ohne Abscheidung und Speicherung in die Atmosphäre abgegeben, spricht man von grauem Wasserstoff.
Wie wird grauer Wasserstoff hergestellt?
Die industrielle Herstellung erfolgt häufig über die Dampfreformierung von Erdgas, englisch Steam Methane Reforming (SMR).
Dabei reagiert Methan, der Hauptbestandteil von Erdgas, bei hoher Temperatur mit Wasserdampf. Vereinfacht dargestellt entsteht zunächst ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid:
CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂
In einem weiteren Prozessschritt, der sogenannten Wassergas-Shift-Reaktion, reagiert das Kohlenmonoxid mit weiterem Wasserdampf. Dabei entstehen zusätzlich Wasserstoff und Kohlendioxid:
CO + H₂O → CO₂ + H₂
Der Wasserstoff wird anschließend aus dem entstandenen Gasgemisch abgetrennt und gereinigt.
Warum wird der Wasserstoff anschließend gereinigt?
Nach der Reformierung besteht das Prozessgas nicht nur aus Wasserstoff. Es enthält unter anderem Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan und Wasserdampf.
Für viele Anwendungen wird deshalb eine weitere Gasaufbereitung benötigt. Eine Möglichkeit ist die Druckwechseladsorption (PSA) (-> Verweis auf unseren anderen Beitrag). Dabei werden unerwünschte Bestandteile des Gasgemisches an Adsorptionsmitteln gebunden, während hochreiner Wasserstoff als Produktgas gewonnen wird.
Die dafür eingesetzten PSA-Adsorber sind große Druckbehälter und bilden einen wichtigen Bestandteil entsprechender Wasserstoffaufbereitungsanlagen.
Warum heißt er „grauer“ Wasserstoff?
Entscheidend ist der Umgang mit dem bei der Herstellung entstehenden CO₂.
Bei der klassischen Erdgasreformierung wird das CO₂ nicht dauerhaft abgeschieden, sondern in die Atmosphäre abgegeben. Deshalb wird der auf diese Weise erzeugte Wasserstoff als grauer Wasserstoff bezeichnet.
Die tatsächlichen Emissionen hängen unter anderem vom eingesetzten Erdgas, vom Wirkungsgrad der Anlage und vom jeweiligen Herstellungsprozess ab.
Welche Rolle spielt grauer Wasserstoff heute?
Grauer Wasserstoff wird seit vielen Jahrzehnten in großen Mengen industriell hergestellt. Er wird beispielsweise in der chemischen Industrie und insbesondere für die Herstellung von Ammoniak und in Raffinerieprozessen eingesetzt.
Mit dem Ausbau einer klimaverträglicheren Wasserstoffwirtschaft gewinnen jedoch Verfahren an Bedeutung, bei denen die CO₂-Emissionen reduziert oder vermieden werden. Dazu gehören unter anderem blauer Wasserstoff, bei dem das entstehende CO₂ abgeschieden und gespeichert wird, sowie grüner Wasserstoff (Verweis einfügen), der durch Elektrolyse mit erneuerbarem Strom erzeugt wird.
Unabhängig vom Herstellungsverfahren muss der erzeugte Wasserstoff für die jeweilige Anwendung aufbereitet, verdichtet und häufig auch gespeichert werden.
Damit entstehen entlang der Wasserstoffkette unterschiedliche technische Aufgaben – von der Wasserstoffproduktion und Gasaufbereitung bis zur sicheren Speicherung in geeigneten Druckbehältern.