Forschungsbericht G 201920 03/2025

Inhalte DVGW-Forschungsbericht G 201920

Der Forschungsbericht G 201920 befasst sich mit der Testung verschiedener Membranmaterialien zur Separierung von Wasserstoff aus Erdgas/Wasserstoffgemischen. 

Ziel des Projektes war die Ermittlung geeigneter Membranen für die Trennaufgabe Wasserstoff/Erdgas, wobei die Untersuchungen unabhängig von Typ und Material der Membranen stattfinden sollten.

Wasserstoff als Energieträger kann im vorhandenen Leitungsnetz der Erdgasversorgung transportiert werden. Die Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff wird in der Startphase auf die Techniken und Infrastruktur des Erdgasnetzes zugreifen müssen. Es wird eine unter Umständen langjährige Übergangsphase nötig sein, bis große Mengen Wasserstoff für eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur zur Verfügung stehen. Mit der Möglichkeit der Zu-mischung von Wasserstoff zu Erdgas von 10 bis 20 Vol.-% können jedoch Probleme bei wasserstoffsensiblen Kunden, Erdgastankstellen und Anlagen der Gasindustrie entstehen. Der Bedarf an Wasserstoff-Separierungsanlagen ist somit gegeben. 

Membranen können diese Funktionen erfüllen. Der Stand der Technik erfordert jedoch die Testung und Weiterentwicklung der Membranmaterialen. Dies können Polymermembranen, anorganische Membranen, Palladiummembranen oder Hybride dieser sein.

Die Versuche fanden an der Wasserstoffeinspeiseanlage (WSEA) der ONTRAS in Prenzlau statt. Es wurde eine Containeranlage installiert, der Wasserstoff und Erdgas zugeführt wurde. Beide Gase wurden gemischt und über die Membranen geleitet. Der Anteil an Wasserstoff betrug 10 – 20 Vol.-% im Gemisch. Die Versuche erfolgten bei bis zu 20 bar. Der Gasfluss betrug ca. 2 m³/h. 

Es wurden seit Frühjahr 2022 Polymermembranen von drei verschiedenen Herstellern getestet. Weiterhin wurden Kohlenstoffmembranen auf keramischen Trägern (CBM) untersucht. Es wurden Versuche vor Ort in Prenzlau mit bis zu zwei Membranmodulen pro Membrantyp, Langzeitversuche sowie im Nachhinein Versuche im Labor durchgeführt. 
Die Polymermembranen trennten H₂ von Erdgas zuverlässig ab. Es sind mindestens zwei Membranen für den Trennprozess Wasserstoff/Erdgas für technische Anwendungen verfüg-bar. Die H₂-Konzentration im abgetrenntem Permeat hing vom Druck und der H₂-Konzentration im Feed ab. Höherer Druck und eine höhere H₂-Konzentration führten zur Abtrennung von mehr H₂ je Membranfläche. Die Polymermembranen wiesen Selektivitäten zwischen 5 und 60 sowie Permeanzen im Bereich von 20 – 250 l/m²*h*bar auf. Die Membranmaterialien waren im Realgas stabil. 

Kohlenstoffmembranen zeigten sehr gute Ergebnisse im Labor, die sich jedoch nicht im Feld-versuch reproduzieren ließen. Das Spektrum der Ergebnisse erstreckte sich über Permeanzen zwischen 20 und 1.500 l/m²*h*bar bei Selektivitäten, die mit denen der Polymermembranen vergleichbar sind. 

Eine Konzentration von 2 Vol.-% H₂ in Erdgas ist mit den Polymermembranen ausgehend von 10 Vol.-% Wasserstoff im Gasgemisch erreichbar. Die Entfernung des Wasserstoffs aus dem Erdgas mittels Membranen wird perspektivisch zwischen 17 – 64 ct/m³ an kleineren Anlagen (z.B. Erdgastankstellen) kosten. Diese Kosten können im hochskalierten Industriebereich mit ca. 10.000 m³/h auf < 3 ct/m³ Erdgas gesenkt werden, wobei bei großen Volumenströmen Konkurrenz durch PSA entsteht.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung und Aufgabenstellung
• Technische Realisierung
• Membranen und Ergebnisse der Feldversuche
• Technologiebewertung und Praxisüberführung
• Wirtschaftliche Betrachtungen
• Schlussfolgerungen und Ausblick
• Literaturverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Anhang

DVGW-Forschungsbericht G 201920 kaufen

Sie können den DVGW-Forschungsbericht G 201920 als PDF-Datei zum sofortigen Download kaufen.