Methanol zu Wasserstoff: Demonstrationsanlage für eine netzunabhängige Stromversorgung
Im Technikum des Leibniz-Instituts für Katalyse, LIKAT, beliefert ein Methanol-Dampfreformer im kontinuierlichen Betrieb und unter vergleichsweise milden Temperaturen eine Brennstoffzelle mit hochreinem Wasserstoff. Es ist die erste Demonstrationsanlage im Niedertemperaturbereich für derartige Verfahren, wenig größer als ein Kleiderschrank und damit kompakt genug, um zum Beispiel regionale Räume nach klimaneutralen Konzepten netzunabhängig mit Elektroenergie zu versorgen.
13.02.2026
Mit 800 Stunden kontinuierlicher Laufzeit hat die Anlage ihren Funktionstest bestanden. Nach den Worten des Projektkoordinators, LIKAT-Chemiker Dr. Sebastian Wohlrab, setzt sie mit dem Reformer Methanol und Wasser katalytisch zu Wasserstoff (H₂) um, der wiederum auf direktem Wege aufgereinigt wird und so eine angeschlossene Brennstoffzelle befeuert.
Gefördert wurde das Verbundprojekt namens MEGA (MEthanolreformer mit innovativer GAsreinigung) vom Bundesministerium für Wirtschaft. Die Demonstrationsanlage ist Teil eines zukunftsfähigen Konzepts zur klimaneutralen Versorgung vor allem ländlicher Räume mit Elektroenergie. „Und zwar unabhängig sowohl vom Stromnetz als auch von Windaufkommen und Sonnenlicht“, sagt Dr. Henrik Junge, unter dessen Leitung am LIKAT die erforderlichen Katalysatoren entwickelt wurden.
Chemischer Speicher für Wasserstoff
Wasserstoff aus regenerativen Quellen birgt großes Potenzial für die Energiewende, erweist sich aber nach wie vor als nur eingeschränkt transport- und lagerfähig, wie Wohlrab und Junge erläutern. Alternativ lässt sich Wasserstoff chemisch in Methanol speichern, das sich deutlich einfacher als gasförmiger Wasserstoff transportieren und aufbewahren lässt.
„Die Idee unseres Konzeptes ist es, einen Kreislauf zu schließen“, sagt Dr. Junge. Also zum einen den Wasserstoff durch Elektrolyse mittels Strom aus Wind und Sonne zu erzeugen und ihn mit Kohlendioxid in Methanol zu speichern. Und zum anderen den Wasserstoff in Zeiten von Windflaute und Dunkelheit wieder aus dem Methanol zurückzugewinnen und in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung zu nutzen. Das nun abgeschlossene Projekt fokussierte sich auf den 2. Schritt, die Freisetzung hochreinen Wasserstoffs durch Niedertemperatur-Dampfreformierung, und zeigt nun die Praxistauglichkeit des Verfahrens.
Nach Auskunft der beiden Chemiker wird demnächst auch das Methanol direkt am LIKAT aus Kohlendioxid hergestellt werden können, um so letztlich den Gesamtkreislauf einer klimaneutralen chemischen Energiespeicherung und -nutzung auf Basis von Wasserstoff zu realisieren. Im Technikum, wenige Meter vom Dampfreformer entfernt, entsteht bereits die neue Anlage für die Methanol-Synthese.
Bi-katalytisches System auf Ruthenium-Basis
Der Methanol-Dampfreformer weist gegenüber herkömmlichen Verfahren einige Vorzüge auf. „Zum einen ist es uns durch ein neues bi-katalytisches System auf Basis von Ruthenium gelungen, die Temperatur im Reaktor unter 150 Grad Celsius zu halten“, sagt Henrik Junge. Üblich sind bisher deutlich höhere Temperaturen.
Die 2. Besonderheit liegt in der hohen Reinheit des produzierten Wasserstoffs. Normalerweise enthält Wasserstoff nach solchen Prozessen störende Anteile von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Vor allem Kohlenmonoxid wirkt sich negativ auf Betrieb und Lebensdauer von Brennstoffzellen aus, wie Dr. Junge erläutert. Für Niedertemperatur-Brennstoffzellen, die derzeit leistungsfähigsten ihrer Art, dürfe der Kohlenmonoxid-Gehalt 10 parts per million nicht überschreiten. Sebastian Wohlrab sagt: „Unsere Anlage hält die geforderten Parameter durch einen integrierten Adsorber jederzeit ein.“
Beitrag unterschiedlicher Expertisen
Für den erfolgreichen Abschluss dieses Verbundprojekts führte das LIKAT die unterschiedlichsten Expertisen zusammen. Die verwendeten Katalysatoren sind Kernstück des Reformers und wurden überwiegend von einem Doktoranden am Institut, Hendrick Kempf, synthetisiert und optimiert. Verfahrenschemiker an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ertüchtigten den Katalysator für den kontinuierlichen Prozess, indem sie ihn mittels spezieller Technologien in einer flüssigen Phase auf einen festen Träger aufbrachten. In den beiden Reaktorröhren der Anlage stecken nach Angaben von Dr. Junge „7 Kilogramm Aluminiumoxid, dotiert mit 130 Gramm unserer Ruthenium-Katalysatoren“.
Die ATI Küste GmbH kombinierte 2 Adsorbermaterialien in einem kompakten Druckwechseladsorber, der den Wasserstoff von Kohlendioxid und von Kohlenmonoxid befreit. Um im weiteren Prozess den Kohlenmonoxid-Grenzwert nicht zu überschreiten, schlossen die Chemiker einen kleinen Shift-Reaktor als zusätzliches Schutzmodul für die Brennstoffzelle an.
Die Berliner Firma Sigmar Mothes Hochdrucktechnik baute wesentliche Teile der Demonstrationsanlage. Die umfangreiche Anlagensteuerung wurde vom Automatisierungsanlagenbauer GESA in Teuchern, Sachsen-Anhalt, entwickelt. Für den Aufbau im LIKAT-Technikum zeichnete Dr. Wohlrab verantwortlich. Unter Dr. Stefan Peters und Dr. Alejandra Carbajal, 2 Mitarbeitern in seinem Bereich, kam die Anlage schließlich ins Laufen. Sie absolvierte Tests nach unterschiedlichen Szenarien, was etwa die Zudosierung von Methanol und Wasser sowie das Temperaturregime betrifft. Ihr Probelauf wurde im Schichtbetrieb überwacht.
Hoffnung für Energiewende
Dr. Junge sagt: „Auf Basis dieser Ergebnisse sind Unternehmen nun in der Lage, unter unserer Assistenz ein zukunftsfähiges Produkt zu entwickeln.“ Abgesehen von gelegentlicher Wartung werde eine solche Anlage selbstständig laufen.
„Vor gut 15 Jahren gab es nur eine Handvoll Gruppen, die sich mit solcherart Grundlagen der chemischen Wasserstoffspeicherung für die künftige Energieversorgung befassten.“ Inzwischen würden etliche Labore weltweit dieses Feld bearbeiten. Auf Konzepten wie diesem lägen weltweit die Hoffnungen für eine klimaneutrale Energieversorgung.
