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Kværner-Verfahren

Das Kværner-Verfahren ist eine Methode zur Herstellung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, die von dem norwegischen Unternehmen Kværner ASA in den 1980er Jahren entwickelt wurde. Beispielsweise kann man Erdgas als Ausgangsstoff einsetzen, welches zu einem großen Teil aus Methan (CH₄) besteht. So erhält man eine Möglichkeit, Erdgas auf klimaschonende Weise zu nutzen.

Funktionsprinzip

Die Methode funktioniert darauf, dass die Kohlenwasserstoffe einem Plasmabrenner zugeführt werden, der sie in elementaren Kohlenstoff und Wasserstoff aufspaltet. Der Kohlenstoff fällt dabei in Form eines feinen Kohlepulvers (Aktivkohle) an und der Wasserstoff als heißes Gas (H₂).

Es handelt sich beim Kværner-Verfahren also um eine Methode der Plasmapyrolyse – speziell um Methanpyrolyse im Falle der Verwendung von Erdgas.

Der Plasmabrenner benötigt erhebliche Mengen elektrischer Energie. Ein Teil davon wird benötigt, um die Bindungsenergie der Kohlenwasserstoffe aufzubringen: Die Reaktionsprodukte sind insgesamt deutlich energiereicher als die zugeführten Substanzen, die Reaktion is also endotherm. Jedoch bleibt auch ein erheblicher Teil der zugeführten Energie als Wärme übrig, die z. B. zur Erzeugung von Heißdampf genutzt werden kann. Immerhin ist dieser Anteil deutlich niedriger als die Energie des gewonnenen Wasserstoffs.

Vergleich mit anderen Verfahren

Es gibt andere (neuere) Verfahren der Methanpyrolyse, die in einem separaten Artikel diskutiert werden. Diese befinden sich aber erst in einer frühen Phase der Entwicklung.

Wasserstoff kann beispielsweise aus Erdgas auch mithilfe von Dampfreformierung hergestellt werden. Hierbei kann die Ausbeute an Wasserstoff in Bezug auf die genutzte Menge von Erdgas deutlich höher sein, wenn eine externe Wärmequelle (etwa elektrische Energie oder Wärme aus konzentrierter Solarenergie) genutzt wird; wenn dagegen ein Teil des Erdgases verbrannt wird, um die nötige Wärme zu erzeugen, kann die Ausbeute geringer ausfallen.

Wenn der beim Kværner-Verfahren erhaltene Kohlenstoff nicht verbrannt wird (also nicht energetisch genutzt wird), vermeidet man die entsprechenden klimaschädlichen CO₂-Emissionen – was bei der Dampfreformierung schwieriger wäre, weil man dort erst einmal das erhaltene gasförmige CO₂ abtrennen und sequestrieren müsste. Insofern lässt sich auf der Basis des Kværner-Verfahrens leichter eine klimaschonende Technologie aufbauen, vorausgesetzt das klimafreundlich gewonnene elektrische Energie genutzt wird. Denkbar wäre etwa ein Einsatz im Rahmen der Sektorkopplung, etwa die Verwendung von Windenergie und der Betrieb der Kværner-Anlagen vorzugsweise in Zeiten mit gutem Windstromangebot.

Alternativ kann Wasserstoff aus elektrischer Energie durch Elektrolyse gewonnen werden. Man benötigt dann einerseits keine Zufuhr einer energiereichen Substanz wie Erdgas, sondern nur Wasser, andererseits aber rund viermal mehr elektrische Energie. Somit ließe sich das Kværner-Verfahren nutzen, um mit dem verfügbaren Strom ein Mehrfaches an Wasserstoff zu gewinnen, wobei zwar Erdgas verbraucht wird, dies aber ohne CO₂-Emissionen, solange der Kohlenstoff nicht verbrannt wird. Alternative Möglichkeiten der Nutzung des Kohlenstoffs sind die Zugabe zu Stahl und zu Kunststoffen sowie die Herstellung von Carbonfasern z. B. für die Luftfahrt- und Autoindustrie.

Siehe auch: Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe, Methanpyrolyse