Plasmacracking als Brückentechnologie: Forschungsprojekt MEDEA spaltet Methan in Wasserstoff und Kohlenstoff

Hamburg – Der Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft ist ein entscheidender Schritt für die Energiewende. Ein neues Forschungsprojekt nutzt ein innovatives Verfahren zur Aufspaltung von (Bio-)Methan in Wasserstoff und Kohlenstoff. Durch die Abscheidung von festem Kohlenstoff soll das Verfahren CO₂-negativ sein.

Im Rahmen des Projekts MEDEA arbeiten das Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) der HAW Hamburg, die Iplas GmbH und die Hamburger Energienetze GmbH zusammen, um nachhaltigen Wasserstoff aus Biomethan zu erzeugen und gleichzeitig festen Kohlenstoff abzuscheiden.

Klimafreundliche Wasserstoffproduktion mit Mikrowellenplasma
Das MEDEA-Projekt (Methan-Dekarbonisierung mittels Mikrowellen-Niedertemperatur-Plasmacracking) verfolgt das Ziel, Wasserstoff und festen Kohlenstoff (Carbon Black) aus Methan unter Verwendung von Mikrowellenplasma klimafreundlich zu produzieren. Am Standort der Hamburger Energienetze GmbH wurde eine Mikrowellen-Niedertemperatur-Plasmacracking-Anlage entwickelt und aufgebaut. Der Testbetrieb dieser Anlage markiert den Beginn der zentralen Projektphase.

Der Aufbau der Plasmacracking-Anlage in Tiefstack und ihre Anbindung an die lokale Infrastruktur sind bereits abgeschlossen. Nun folgt die Inbetriebnahme, um in den kommenden Monaten wichtige Erkenntnisse über den Betrieb, die Kohlenstoffqualität und wirtschaftliche Aspekte der Skalierbarkeit zu gewinnen.

Neben der Untersuchung der Betriebs- und Produktqualitäten liegt der Fokus auch auf der Stabilität des Prozesses sowie der Energie- und CO₂-Bilanz. Zudem wird das wirtschaftliche Potenzial der Technologie bewertet, um deren Beitrag zur Energiewende zu ermitteln.

„Mit unserem Forschungsvorhaben MEDEA und der darin entwickelten Plasmacracking-Anlage kann Wasserstoff aus Biomethan zukünftig unter Abscheidung von Kohlenstoff, also CO₂-negativ produziert werden. Wegen des sehr geringen Stromverbrauchs des Plasmacrackings ist das ein vielversprechender Ansatz“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Hans Schäfers, Leiter des CC4E der HAW Hamburg. Michael Dammann, Technischer Geschäftsführer der Hamburger Energienetze GmbH, fügt hinzu: „Während wir das Hamburger Wasserstoff-Industrie-Netze ‚HH-WIN“ bereits bauen, gewinnen wir so Einblicke in eine klimafreundliche Erzeugungstechnologie, die in ein paar Jahren Marktreife erlangen kann.“

Hoher Wirkungsgrad und Skalierbarkeit durch Mikrowellentechnologie
Das MEDEA-Verfahren nutzt Mikrowellenplasma, um Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff zu zerlegen. Der Prozess findet unter Sauerstoffausschluss statt, wodurch kein CO₂ entsteht. Durch die gezielte Energieübertragung der Mikrowellenstrahlung in die Bindungen des Methans benötigt die Technologie weniger Energie als konventionelle Verfahren wie Dampfreformierung oder Elektrolyse.

Die Technologie lässt sich durch die modulare Zusammenschaltung mehrerer Einheiten skalieren und kann dank der Mikrowellentechnik flexibel an- und abgefahren werden. Aus Sicht der Forschenden ein Vorteil, der gerade im Hinblick auf die dynamischen Anforderungen an die Energietechnik vor dem Hintergrund des fluktuierenden Dargebots an erneuerbaren Energien an Relevanz zunimmt.

Forschung zum Einsatz von Biogas und Potenzial für Negativemissionen
Zunächst wird die Anlage mit konventionellem Erdgas betrieben. Langfristig soll jedoch Biomethan aus Biogasanlagen als Rohstoff verwendet werden. Biomethan könnte eine Schlüsselrolle bei der Erreichung negativer CO₂-Emissionen spielen. Wenn der beim Plasmacracking erzeugte Kohlenstoff dauerhaft gespeichert wird, könnte dieser aus dem Kreislauf entfernt werden. Dies eröffnet das Potenzial für Negativemissionen und bietet perspektivisch die Möglichkeit, Wasserstoff zu erzeugen und zusätzlich CO₂-Zertifikate zu handeln. Voraussetzung ist dazu laut Wissenschaftlern allerdings die Schaffung einer rechtlichen Grundlage für den Handel. So könnten in Zukunft zusätzliche wirtschaftliche Anreize für die Technologie entstehen.

MEDEA: Teilprojekt der X-Energy-Initiative mit Bundesförderung
Das MEDEA-Projekt ist ein Teil der Forschungsinitiative X-Energy, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Ziel des Projekts ist es, eine Lösung zur Kompensation schwer vermeidbarer Klimagasemissionen (z. B. aus der Landwirtschaft) zu entwickeln, die in Deutschland auf etwa 40 bis 60 Mio. Tonnen CO₂ pro Jahr geschätzt werden.

Das Plasmacracking von Biomethan stellt eine vielversprechende Methode dar, diese Emissionen zu kompensieren. Als Brückentechnologie könnte es zur Deckung des wachsenden Bedarfs an klimafreundlich erzeugtem Wasserstoff beitragen, insbesondere für industrielle Prozesse, die nicht auf Strom umgestellt werden können. So unterstützt MEDEA den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft zur Dekarbonisierung der Industrie.