Dampfreformierung
Definition: die Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Wasserdampf
Allgemeinerer Begriff: Reformierung
Englisch: steam reforming
Kategorien: Energieträger, Grundbegriffe
Autor: Dr. Rüdiger Paschotta
Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen
Ursprüngliche Erstellung: 19.05.2013; letzte Änderung: 16.06.2020
Die Dampfreformierung ist ein chemisches Verfahren, bei dem ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Wasserdampf reagiert. Der Sauerstoffgehalt des Wasserdampfs führt zu einer teilweisen Oxidation des Brennstoffs, und es entsteht Wasserstoff (H2). Beispielsweise findet die folgende Reaktion statt, wenn Erdgas als Brennstoff (mit dem Hauptbestandteil Methan = CH4) eingesetzt wird:
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Die genannte chemische Reaktion ist deutlich endotherm (ΔH = +206 kJ/mol), d. h. sie verbraucht Wärme. Sie ist nur bei erhöhter Temperatur möglich und kann sonst auch in der umgekehrten Richtung stattfinden. Häufig werden die Reaktionen durch einen Katalysator unterstützt.
Die benötigte Hochtemperaturwärme kann durch Verbrennung eines Teils des Brennstoffs geliefert oder auch von außen zugeführt werden. Denkbar ist die Verwendung konzentrierter Solarthermie, von Hochtemperatur-Kernreaktoren oder von Abwärme aus Verbrennungsmotoren. So lässt sich durch die Dampfreformierung ein Gasgemisch gewinnen, welches einen höheren Energieinhalt als der eingesetzte Brennstoff hat.
Wassergas-Shift-Reaktion
Die Ausbeute an Wasserstoff steigt weiter, wenn das Kohlenmonoxid (CO) weiter zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert wird:
CO + H2O → CO2 + H2
Diese Reaktion wird als Wassergas-Shift-Reaktion bezeichnet und ist leicht exotherm (ΔH = −41 kJ/mol), d. h. sie setzt etwas Wärme frei.
Anwendungen der Dampfreformierung
Die Dampfreformierung wird in großem Maßstab eingesetzt, um Wasserstoff zu gewinnen – beispielsweise zur Verwendung in Erdölraffinerien. Sie ist auch mit Biomasse anwendbar, also zur Herstellung von Biowasserstoff durch Biomassevergasung geeignet. Der Wasserdampfanteil kann dabei von der Biomasse selbst stammen oder zumindest teilweise von außen zugegeben werden. Auch bei der Kohlevergasung wird diese Art von Reaktion eingesetzt.
Eine technische Anlage, die der Dampfreformierung dient, wird als Reformer oder Dampfreformer bezeichnet.
Alternative Methoden basierend auf Pyrolyse
Andere Methoden zur Herstellung von Wasserstoff basieren auf Pyrolyse, also einer thermischen Zersetzung z. B. von Wasser oder von Kohlenwasserstoffen. Im Falle von Wasser als Ausgangsstoff wird aber sehr viel Energie benötigt, da Wasser eine hohe Bindungsenergie aufweist. Wesentlich günstiger ist dies bei Verwendung von Kohlenwasserstoffen. Beispielsweise basiert das Kværner-Verfahren auf der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in einem Plasma, welches mithilfe elektrischer Energie in einem Plasmabrenner erzeugt wird.
Der Vorteil von Methoden der Pyrolyse besteht darin, dass der anfallende elementare Kohlenstoff leichter klimafreundlich zu verwenden oder entsorgen ist im Vergleich zu dem CO2, dass bei der Dampfreformierung anfällt; letzteres müsste erst abgetrennt und sequestriert werden, um eine klimafreundliche Methode zu erhalten.
Siehe auch: Synthesegas, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Biomassevergasung, Kohlevergasung
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieträger, Grundbegriffe
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