Wissenschaftler des australischen Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) haben am 06. November 2020 in einem Forschungsbeitrag eine Anwendung vorgestellt, die aus den in Abwässern extrahierten Biogasen und Biofeststoffen eine grüne Wasserstoffproduktion ermöglicht. Dabei soll dieser Ansatz die CO2-Intensität von Klärprozessen durch die CO2-Nutzung und Speicherung und das Schließen von entsprechenden CO2-Kreisläufen in der Abfallwirtschaft reduzieren.
In Kläranlagen entstehen nach der aeroben und anaeroben Behandlung sowie der Trocknung der Abwässer Biofeststoffe als Nebenprodukt (z. B. in Form von getrocknetem Klärschlamm). Diese werden in dem vorliegenden Ansatz in einer experimentellen Versuchsanordnung durch pyrolytische Zersetzung in eine neue Form von Biokohle (sog. „biochar“) umgewandelt. Die für die Pyrolyse benötigte Erhitzung erfolgte in einem elektrischen Drei-Zonen-Ofen (isothermische Bedingungen bei 700 und 900 Grad Celsius).
Die in der Biokohle enthaltenen Schwermetalle (u. a. Eisen, Zink) dienen in der Folge als Katalysator. Die Biokohle reagiert in einem sog. Wasserstoff-Membran-Reaktor mit dem durch Abwässer entstandenen Biogas (insb. Methan CH4) und produziert grünen Wasserstoff. Die dabei ebenfalls freigesetzten Kohlenstoffe werden an der Oberfläche des Katalysators Biokohle gespeichert und können nach Angaben der Autoren als Kohlenstoff- bzw. Energiespeicher oder zur Bodenpflege eingesetzt werden.
Für den Prozess sollen alle benötigten Bestandteile in einer Kläranlage verfügbar sein. Damit könnte nach einer großindustriellen Erprobung das vorgestellte Verfahren eine mögliche Alternative für die Wasserstoffproduktion u. a. aus der Dampfreformierung von Erdgas darstellen, die über eine hohe CO2-Intensität verfügt.
Im Ergebnis stellten die Autoren zudem fest, dass die Zersetzung von Methan mit zunehmender Temperatur zunahm. Dagegen fiel mit höherer Methan-Konzentration die Zersetzung geringer aus (Maximum bei 900 Grad Celsius und einer CH4 Konzentration von 10 Prozent). Nach Angaben des Umweltbundesamtes kann der Methananteil von Biogas je nach eingesetztem Material zwischen 50 und 75 Prozent betragen.
Der vorgestellte Prozess wurde in einem kleinen Untersuchungsmaßstab anhand eines Gases mit hoher Methankonzentration getestet (Gemisch aus CH4 und N2), das Biogas nachempfunden wurde. In weiteren Forschungsschritten sollen reale Biogase in die Versuchsanordnung integriert und die Skalierung erweitert werden.
