Faszination Technik Wie Wasserstoff mithilfe von Eisen indirekt transportiert werden kann

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Die Wasserstoffgewinnung mittels Eisen-Dampf-Prozess aus einer immer wieder verwendbaren Eisenlegierung.

Wasserstoff ist hochentzündlich, leicht flüchtig und versprödet viele Materialien. Das macht den Transport bisher aufwendig und wenig effizient. Eine Möglichkeit ist es, Wasserstoff als Ammoniak zu lagern und zu transportieren. Ein Team um Dr.-Ing. Rüdiger Deike, Professor für Metallurgie und Umformtechnik an der Universität Duisburg-Essen, hat eine andere Idee. Sie ist zwar komplex, verfolgt aber den Kreislaufgedanken:

Sonnenüberschuss ausnutzen

In Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung und gut verfügbaren Wasserressourcen sowie Eisenerzminen, z.B. Australien oder Brasilien, liefern Photovoltaikanlagen mehr elektrische Energie als im Land verbraucht werden kann. Dieser grün erzeugte überschüssige Solarstrom spaltet vor Ort mittels Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der Wasserstoff wird anschließend für die Eisenerz-Reduktion genutzt. Bei dieser chemische Reaktion wird dem Eisenoxid der Sauerstoff entzogen und es bleibt direkt reduziertes Eisen und Wasser übrig. Dieses Eisen könnte in Form von Minibriketts oder kugelförmigen Pellets ohne Umweltrisiko verschifft werden. Das Wasser kann der Elektrolyse wieder zugeführt werden. Am Bestimmungsort, z.B. Deutschland, wird die umgekehrte Reaktion initiiert, um den gewünschten Wasserstoff zu erhalten. Hier erfolgt mit dem Eisen-Dampf-Prozess die Wasserstofferzeugung durch Oxidation des Eisens mit Wasserdampf. Das entstehende Eisenoxid soll dann wieder zurück nach Australien oder Brasilien verschifft werden und der Kreislauf beginnt von Neuem.

Eine Eisenlegierung für den immer wiederkehrenden Einsatz

Im Projekt „Me2H2 Eisen-Dampf-Prozess“ der Universität Duisburg-Essen (UDE) sollen nun zusammen mit Partnern aus Clausthal und Bremen sowie assoziierten Industriepartnern geeignete Eisenlegierungen identifiziert werden, die möglichst beliebig oft und ohne Verlust die chemischen Reaktionen von Reduktion und Oxydation durchlaufen können. Das direkt reduzierte Eisen könnte dann einmalig vor dem Eisen-Dampf-Prozess legiert werden und in den oben beschriebenen Kreislauf gehen. In drei Jahren soll das Metallsystem gefunden sein und ein Konzept für die Prozess- und Anlagentechnik im großen, industriellen Maßstab stehen. Nach Angaben von Prof. Deike könnte so künftig der in "Sonnenländern" erzeugte Wasserstoff verlustfrei und in großer Menge in die "Bedarfsländer" gelangen.

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