MEDEA

Im X-Energy-Teilprojekt MEDEA wird gemeinsam mit den Partnern iplas GmbH und Gasnetz Hamburg eine Niedertemperatur-Plasmacrackinganlage zur plasmakatalytischen Spaltung (Plasmalyse) von Methan (CH₄) in Wasserstoff (H₂) und elementaren Kohlenstoff/Carbon Black (C) errichtet, betrieben und evaluiert. Ziel ist die Erprobung und wissenschaftliche Untersuchung einer CO₂-neutralen und energieeffizienten Gewinnung von Wasserstoff (H₂) und Carbon Black aus Methan (CH₄) mittels Mikrowellenplasma.  

Ein zentraler Bestandteil der zukünftigen klimafreundlichen Energieversorgung wird CO₂-neutraler Wasserstoff sein, der als Speichertechnologie zur Dekarbonisierung der Sektoren Industrie, Mobilität und Wärme beitragen wird. Der damit verbundene steigende Bedarf an Wasserstoff macht eine kurzfristige und kostengünstige Bereitstellung großer Mengen notwendig. Der langsame Ausbau der Elektrolysekapazitäten zur Herstellung von Wasserstoff und der fehlende Strom aus erneuerbaren Energien zur Gewinnung grünen Wasserstoffs reicht jedoch nicht aus, um die steigende Nachfrage zu decken. Klassische Verfahren wie die Dampfreformierung, die mittels fossiler Energieträger Wasserstoff herstellt, sind mit hohen CO₂-Emissionen verbunden. Ein vielversprechendes, alternatives Verfahren ist das Plasmacracking von Erdgas, bei dem mithilfe von Mikrowellenenergie, Erdgas in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff aufgespaltet wird. Das Plasmacracking stellt so eine mögliche Brückentechnologie dar, um die Versorgungslücke kurzfristig zu schließen, ohne dass CO₂-Emissionen freigesetzt werden. Neben dem Hauptprodukt Wasserstoff liefert die Methan-Aufspaltung festen Kohlenstoff als vermarktungsfähiges Nebenprodukt, z. B. für die Gummi- und Reifenindustrie oder als Bodenverbesserer. Auch eine langfristige Festsetzung (Sequestrierung) des Kohlenstoffs bspw. durch Terra Preta oder eine Deponierung in ehemaligen Kohlelagerstätten ist denkbar.

Das in MEDEA verwendete Verfahren beruht auf der Anwendung der Mikrowellentechnik, die ein dissoziativ wirkendes Plasma erzeugt. Der unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindende Plasmaprozess zerlegt das Methan in seine Bestandteile Wasserstoff und festen Kohlenstoff. Die Verwendung von Methan als Edukt nutzt dabei das hohe Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff sowie die geringere Bindungsenthalpie zwischen den Molekülen (im Gegensatz zu Wasser), welches als Ausgangsprodukt in der Elektrolyse Anwendung findet. Gegenüber konventionellen thermischen Verfahren zeichnet sich das Mikrowellen-Plasmacracking vor allem durch niedrige Reaktionstemperaturen, weniger Nebenreaktionen und einer höheren Energieeffizienz aus.

Der Aufbau und die Inbetriebnahme der Anlage ist auf dem Betriebsgelände von Gasnetz Hamburg geplant, die das Projekt mit ihrer Fachexpertise aus der Gasbranche unterstützen. Zentraler Bestandteil von MEDEA ist u. a. die Evaluation der Prozessstabilität, der Produktqualität und der Energieeffizienz der Anlage, um wichtige Kenntnisse über die technische und wirtschaftliche Eignung dieser Technologie zu generieren. Gleichzeitig wird in Zusammenarbeit mit den Unternehmenspartnern der Betrieb in Abhängigkeit des Angebots erneuerbaren Stroms erprobt. Auch verschiedene Szenarien der Dekarbonisierung sollen dabei konzeptionell evaluiert werden. Zudem liefert das Plasmacrackingverfahren zur Herstellung von festem Kohlenstoff gegenüber emissionsintensiven Carbon Black Herstellungsprozessen (z. B. „Furnace Process“) das Potenzial, CO₂-Emissionen zu reduzieren. Denkbar ist sogar ein „Carbon negative“ Szenario durch die Nutzung von Biogas oder synthetischem Methan. Die langfristige Deponierung von festem Kohlenstoff im Rahmen von Carbon Capture and Storage (CCS) Methoden spielt darüber hinaus bei der Erzielung einer negativen CO₂-Bilanz eine entscheidende Rolle und soll im Rahmen von MEDEA evaluiert werden.