Reformierung

Wasserstoffherstellung aus Kohlenwasserstoffen
Zusätzlicher Wasserstoff kann aus Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Der Gesamtprozess ist in der folgenden Abb. 1 dargestellt.

Abb.1: Reaktionen bei der Wasserstoffherstellung auf Methan-Basis
Mit Hilfe der Partialoxidation (Gleichung (2.5) der unten angegebenen Reaktion) wird der gesamte Wärmeenergieverbrauch stark reduziert. Die Reaktion mit Methan geschieht in vier Stufen:

1	CH4+ O2 → CO2+ 2H2	∆H = -319 kJ/mol
2	CH4+ H2O → CO + 3H2	∆H = +207 kJ/mol
3	CO + H2O → CO2 + H2	∆H = -41 kJ/mol
4	CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2	∆H = +166 kJ/mol
		∆H = – 13 kJ/mol

Für die Dampfreformierung muss eine Energie von 13 kJ/mol von außen zugeführt werden. Verschiedene kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe (Bio- und Erdgas, sowie Methanol) werden in einem Hochtemperaturreformer in Wasserstoff umgewandelt (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Schematische Darstellung der Wasserstofferzeugung aus verschiedenen Brennstoffen

Mögliche Treibstoffe für die Versorgung von Brennstoffzellen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Kohlenstoffoxide und Wasserdampf können nach der Reformierung in der Brennkammer der Gasturbinen verbrannt werden, wodurch Schadstoffemissionen auf ein Minimum reduziert werden.

Brennstoff	Chem. Formel	unterer Heizwert [MJ/kg]	Heizwert [MJ/Liter]	Gewicht [kg/m³]	Zünd-temperatur [°C]	Siedepunkt [°C]
Wasserstoff	H2	120	0,011	0,09	536	-252
Methanol	CH3OH	20	15,9	792	455	64,5
Methan	CH4	44	0,036	0,81	595	-162
Ethanol	C2H5OH	27	21,3	790	425	78,3
Propan	C3H8	46,3	0,093	2,01	470	-42
Benzin	C8H18	44,2	31,8	720	220	30-125
Heizöl	C10H22	42,6	35,4	830	240	170-300

Tabelle 1: Treibstoffe für die Versorgung von Brennstoffzellen [1]

Bei der Erdgasreformierung wird in der Praxis aus 1m³ Erdgas (Energiegehalt 9,7 kWh) – 2,6 m³ Wasserstoff (7,8 kWh) gewonnen, und bei Biogas könen zwischen 2 und ca. 3 m³ Wasserstoff gewonen werden.

[1] Stratis Karamanolis 2003. Brennstoffzellen – Schlüsselelemente der Wasserstofftechnologie. Vogel Buchverlag.