Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus der Vergasung von Biomasse bewerten (Projekt H2Verg)

Die Wasserstofferzeugung durch Biomassevergasung ist eine vielversprechende Technologie, die dazu beitragen kann, unsere Energiesysteme zu entkarbonisieren und die Treibhausgasemissionen zu verringern.

Die Renewable Energy Directive II (RED II) der Europäischen Union legt u.a. Nachhaltigkeitskriterien für Biokraftstoffe und flüssige Biobrennstoffe – also auch Wasserstoff – fest, damit diese Kraftstoffe auf das Ziel für erneuerbare Energien angerechnet werden können. Kurz vor Abschluss des Gesetzgebungsverfahrens wurde der Weg von Wasserstoffbereitstellung über Biomasse in nationales deutsches Recht aufgenommen.

Hersteller von Vergasungsanlagen argumentieren häufig mit einer besonderen Einfachheit dieser Versorgungskette. In der Regel werden aber die spezifischen Prozesse zur Wasserstoffherstellung, die Rahmenbedingungen und technische Vergleichskonzepte nicht in einem Umfang betrachtet, der eine solche Aussage fundiert zulässt.

Insbesondere für die unter deutschen Bedingungen besonders relevanten dezentralen Lösungen existieren weder wissenschaftlich ermittelte Erfolgsfaktoren noch umfassende Verfahrensbewertungen. In vielen Fällen ist nicht einmal klar, welcher Aufwand tatsächlich erforderlich ist, um eine bestimmte Wasserstoffqualität zu erreichen.

Die gesamte Holzvergasungs- und Gasreinigungsbranche, aber auch viele potenzielle Investoren und Nutzer von Wasserstoff, warten auf technische, ökonomische und ökologische Entscheidungsgrundlagen. Diese werden im Projekt H2Verg in zwei Phasen erarbeitet.

Wasserstofferzeugung durch Biomassevergasung – für ein kohlenstoffarmes, nachhaltiges Energiesystem

Die Wasserstofferzeugung durch Biomassevergasung eine wichtige Technologie, die zum Übergang zu einem kohlenstoffarmen, nachhaltigen Energiesystem beitragen kann. Einer der Vorteile der Herstellung von Wasserstoff durch Biomassevergasung ist, dass es sich um einen kohlenstoffnegativen Prozess handeln kann, wenn der Biomasse-Rohstoff aus nachhaltiger Quelle stammt. Das bedeutet, dass während des Vergasungsprozesses weniger Kohlendioxid freigesetzt wird, als die Pflanzen während ihres Wachstums aufgenommen haben, was zu einer Nettoverringerung der Treibhausgasemissionen führt. Für die Umsetzung der Energiewende ist es also erforderlich, Wasserstoff in möglichst vielfältiger Weise zu erzeugen und in unterschiedlichsten Anwendungen einzusetzen. Dazu sind entsprechende Technologien für unterschiedliche Einsatzzwecke, Mengen und Anforderungen notwendig.

Angesichts der unbestrittenen zukünftigen Bedeutung der Wasserstofferzeugung aus regenerativem Strom mittels Elektrolyse ist eine Diversifizierung sinnvoll, die alternative Versorgungspfade berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung dezentraler Umwandlungsanlagen werden neben dezentralen Versorgungsstrukturen neue ökologisch und ökonomisch sinnvolle Nutzungspfade für biogene Rest- und Abfallstoffe in Ergänzung zur Wärme- und Strombereitstellung ermöglicht.

Im Projekt »H2Verg – Wasserstoff aus der Vergasung von Biomasse« arbeiten das Deutsche Biomasseforschungszentrum, Blue Energy Europe und das Fraunhofer IFF gemeinsam an einer Lösung. Dabei koordiniert das DBFZ das Gesamtprojekt und verantwortet Feldmessungen, die Ermittlung von Anwendungsbedingungen und die Prozessbewertung. Das Fraunhofer IFF ist zuständig für die Identifikation von Anwendungsbereichen, Prozesskettenvergleich, Potenzialanalyse und Anlagenkonzeptionierung. Die BEE übernimmt die Vergaserweiterentwicklung, den Test von Vergasung und die Gasaufbereitung.

Ziel des Projektes ist es, verschiedene Vergasungstechnologien hinsichtlich ihrer Eignung zur dezentralen Wasserstofferzeugung zu analysieren und zu vergleichen. Zunächst wird eine solide Grundlage geschaffen, indem mögliche technische Verfahren identifiziert werden, um Wasserstoff aus biogenen Rest- und Abfallstoffen zu gewinnen. Zur Erreichung der gewünschten Produktgasqualität werden geeignete Trenn- und Reinigungsverfahren definiert. Darauf aufbauend werden für verschiedene Szenarien der minimale Aufwand und die wichtigsten Leistungsindikatoren (z.B. Wirkungsgrad, Treibhausgasemissionen) ermittelt, um den benötigten Wasserstoff (Menge, Qualität, spezifische Kosten, etc.) bereitzustellen. Das Projektkonsortium nutzt das Methodenhandbuch zur stoffstromorientierten Bilanzierung der Klimagaseffekte, um die Vergleichbarkeit der Methoden so weit wie möglich zu gewährleisten.

Darüber hinaus wird das Projekt die Kompatibilität von grenzwertorientierten physikalischen Modellen (z.B. exergetische Effizienzbewertung, Bewertung auf Basis des physikalischen Optimums nach VDI-Richtlinie 4663) mit den im Methodenhandbuch zur Treibhausgasbilanzierung beschriebenen Methoden und Verfahren untersuchen. Dazu werden die Prozessketten der Biomassevergasung sowohl nach dem Handbuch als auch nach der VDI 4663-Methode für grenzwertorientierte Indikatoren bewertet. Dieser Ansatz wird dazu beitragen, die besten Vergasungstechnologien für die Wasserstoffproduktion zu identifizieren und wertvolle Erkenntnisse für den B2B-Sektor liefern.

Erwartete Projektergebnisse in H2Verg

• technische, ökonomische und ökologische Entscheidungsgrundlage für die Bewertung von Biomassevergasungsverfahrung mit dem Ziel der Wasserstoffgewinnung und -nutzung (auf Basis der Identifikation von Anwendungsbereichen, Prozesskettenvergleich, Potentialanalyse  und Anlagenkonzeptionierung).
• Bewertung des möglichen Beitrags der Wasserstofferzeugung auf Basis von Biomasse und Reststoffen zur dezentralen Wasserstoffversorgung
• Bewertung des möglichen Beitrags der Wasserstoffbereitstellung zur Nutzung bzw. Verwertung biogener Rest- und Abfallstoffe.
• Definition von Mindestanforderungen an die Prozesskette verschiedener Szenarien für einen erfolgreichen Markteintritt (z.B. Prozesskosten, CO2-Fußabdruck, technische Parameter, …)