Wie können wir die Industrie klimafreundlicher machen?

Wasserstoff für die Industrie – aber klimafreundlich

Die Industrie braucht große Mengen Wasserstoff. Doch bei seiner Herstellung mit derzeitigen Methoden entsteht das Klimagas Kohlendioxid. Um ihn auf klimafreundlichere Weise zu gewinnen, brauchen wir hoch spezialisierte Pumpen.

Erdgas ist die wichtigste Quelle für Wasserstoff

Etwa 95 Prozent des heute in der Industrie verwendeten Wasserstoffs sind sogenannter „grauer“ Wasserstoff. Er wird aus Erdgas gewonnen – chemisch „Methan“ genannt. Dabei wird das Verfahren der Dampfreduktion (englisch: Steam Methane Reforming, SMR) verwendet, bei dem heißer Wasserdampf unter hohem Druck mit Erdgas vermischt und einem Katalysator zugeführt wird. Als Ergebnis einer Reaktionskette entstehen Wasserstoff und Kohlendioxid.

Eine Weiterentwicklung der Dampfreformierung ist die autothermale Reformierung (englisch: Autothermal Reforming, ATR). Dieses Verfahren erzeugt die benötigte Hitze durch partielle Oxidation direkt in der Reaktionskammer. Ein separater Erdgasbrenner, der Methan ausschließlich zur Wärmeerzeugung verbrennt, ist daher nicht erforderlich. Aus diesem Grund ist die ATR-Methode energieeffizienter als das konventionelle Steam-Methane-Reforming-(SMR)-Verfahren.
Trotzdem produzieren beide Methoden große Mengen an Kohlendioxid – rund zehn Tonnen für jede produzierte Tonne Wasserstoff. Wie lässt sich Wasserstoff also umweltfreundlicher herstellen?

Aus Strom und Wasser entsteht grüner Wasserstoff

Der nachhaltigste Weg zur Wasserstoffproduktion ist die Elektrolyse. Bei diesem Verfahren zerlegt ein Elektrolyseur Wasser (H₂O) mithilfe von elektrischem Strom in seine Bestandteile: Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂). Wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, ist der produzierte Wasserstoff klimaneutral. Man bezeichnet ihn daher als „grünen Wasserstoff“.

Ein Nachteil der Wasserelektrolyse ist ihr hoher Energiebedarf. Während die Dampfreformierung etwa 15 Megawattstunden Energie für die Produktion von einer Tonne Wasserstoff benötigt, beansprucht die Elektrolyse 50 Megawattstunden. Diese Energie muss als Strom aus erneuerbaren Energien bereitgestellt werden, damit der Wasserstoff wirklich klimaneutral ist.

Blauer Wasserstoff ist eine realistische Lösung für den Übergang

Bis die Elektrolyseverfahren zur Wasserstoffgewinnung ausgereift sind und ausreichende Kapazitäten für die Produktion von grünem Wasserstoff bestehen, könnte „blauer“ Wasserstoff als Zwischenlösung fungieren. Dieser wird wie der konventionelle graue Wasserstoff durch Dampfreformierung von Erdgas erzeugt, doch im Unterschied dazu wird das dabei entstehende CO₂ mithilfe der CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage; deutsch: Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) abgeschieden und gespeichert, anstatt in die Atmosphäre freigesetzt zu werden. Anschließend lässt sich das CO₂ per Schiff oder Pipeline zu unterirdischen Einlagerungsstätten transportieren.

Versiegte Gas- und Öllagerstätten in der Nordsee könnten für die Einlagerung von CO₂ genutzt werden. Dort ließe sich das CO₂ unter Druck in tiefe, poröse Sandsteinschichten einpressen, wo es langfristig mit dem Gestein reagiert und sich mineralisiert. Das kilometerdicke Deckschichtgestein verhindert, dass das Kohlendioxid aus den Speicherstätten entweicht.

Blauer Wasserstoff, der kurzfristig für die Industrie bereitsteht, profitiert bereits von der langjährigen Erfahrung mit der CO₂-Speicherung, wie das Beispiel des Sleipner-Projekts, 250 Kilometer vor der norwegischen Küste, zeigt.

Diese Technologie könnte uns als Übergangslösung dienen, um die Klimaziele schneller zu erreichen, während parallel die Infrastruktur für grünen Wasserstoff entwickelt wird.

KSB hat jahrzehntelange Erfahrung mit der Wasserstoffproduktion

Sowohl für die Produktion von Wasserstoff als auch für das Einfangen, Transportieren und Speichern von CO₂ sind hoch spezialisierte Pumpen und Armaturen notwendig. Sie befördern nicht nur das unter Druck verflüssigte Kohlendioxid, sondern auch Absorbien wie Aminlösungen. Diese binden das Gas – ähnlich wie sprudelndes Mineralwasser. Zudem benötigen CCS-Anlagen Prozesswasser und besitzen zahlreiche wasserführende Kühlkreisläufe. Dafür müssen sie gegen Leckagen gesichert und beständig gegen Korrosion sein, da gelöstes Kohlendioxid und Aminlösungen korrosiv sein können. Entscheidend ist auch zu verhindern, dass sich in den Systemen Zonen niedrigen Drucks bilden, in denen das Kohlendioxid vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Dies erfordert viel praktische Erfahrung.

KSB hat hier den Vorteil, die Prozesse der chemischen Industrie sehr gut zu kennen. Wir blicken auf jahrzehntelange Erfahrung mit der Erzeugung von grauem Wasserstoff zurück. Das bringt uns auch bei der Produktion von blauem Wasserstoff weiter. Auf einem temporären Versuchsstand in Frankenthal haben wir die Einflussfaktoren detailliert auf den Aggregatzustand von Kohlendioxid untersucht. So konnten wir die effizienteste Pumpe und den richtigen Betriebsbereich für die jeweilige Aufgabe im CCS-Prozess finden und unsere Kunden entsprechend beraten.

Dieser Wissensvorsprung zahlt sich aus: „Unser einzigartiges Know-how in der Pumpentechnologie und die globale Zusammenarbeit in den lokalen Vertriebsniederlassungen haben KSB im Jahr 2023 ein außergewöhnliches Jahr im Bereich der ,blauen‘ Dekarbonisierungsprojekte beschert“, sagt Renato Schioser Fragnani, Market Development Manager für den Bereich Chemie und Petrochemie bei KSB.

„Unsere Kunden haben den Wert unserer innovativen technischen Lösungen erkannt, die greifbare, nachhaltige Lösungen als Teil des Vorstoßes der Industrie zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen liefern.“