Das Abfackeln ist bereits seit über 150 Jahren – seit dem Beginn der Öl- und Gasförderung – gängige Praxis, wenn bei der Förderung des Rohöls aus der Tiefe Erdgas an die Oberfläche gelangt. Insbesondere in Gebieten mit begrenzt vorhandener Infrastruktur wird dieses sogenannte „Begleitgas“ einfach verbrannt. Einer erst kürzlich gezeigten Reportage der BBC zufolge sind die ausgestoßenen Schadstoffe extrem schädlich für Mensch und Umwelt. Beim Abfackeln werden Ruß, Methan und flüchtige organische Verbindungen freigesetzt, die zur Luftverschmutzung beitragen. Diese Stoffe werden nicht nur mit Krebs, sondern auch mit Missbildungen bei Neugeborenen, Lungenschäden und Hauterkrankungen in Verbindung gebracht. Damit sind sie mitverantwortlich für jährlich mehr als sieben Millionen Tote infolge der Luftverschmutzung. Zudem gehen Forscher davon aus, dass der Einfluss von Ruß auf die globale Erderwärmung nur noch von Kohlendioxid übertroffen wird. Das liegt daran, dass die schwarzen Kohlenstoffpartikel das Sonnenlicht absorbieren, die Atmosphäre aufheizen, sich auf Eis und Schnee niederschlagen und somit dessen Fähigkeit verringern, das Sonnenlicht zu reflektieren,
Energieverschwendung überwinden
Nach Aussage der Weltbank ist das Abfackeln eine gigantische Verschwendung einer wertvollen natürlichen Ressource, die für produktive Zwecke wie die Stromerzeugung genutzt werden sollte. Und genau dazu ist die Technologie von H2-Industries in der Lage. Das Unternehmen hat eine Lösung entwickelt, die diese hochgradig umweltschädlichen Fackelgase direkt an der Fackel eines Ölfelds in sauberen Wasserstoff und festen Kohlenstoff umwandelt. Hierfür wird eine spezielle Pyrolyse-Technologie verwendet. Bei diesem Verfahren zur Wasserstoffproduktion entstehen keinerlei CO2-Emissionen. Bei der Pyrolyse wird ein fester (oder flüssiger) Stoff thermisch in kleinere flüchtige Moleküle zersetzt, ohne dass er mit Sauerstoff oder anderen Oxidanten in Kontakt kommt. Hierbei ist es wichtig zu verstehen, dass es sich bei der Pyrolyse nicht um einen Phasenübergang, sondern um einen chemischen Prozess handelt – genauer gesagt, um einen thermischen Zersetzungsprozess, der unter Hitzeeinwirkung stattfindet und größere Moleküle in kleinere zerlegt.
Technologie im ISO-Container
Die notwendige Technologie ist in autarken 20- oder 40-Fuß-ISO-Containern untergebracht, kann in einer halbseriellen Produktion vormontiert und zur Installation direkt an den Ort der Abfackelung geliefert werden. Das Verfahren erzeugt sauberen Wasserstoff, der in einer organischen Wasserstoff-Trägerflüssigkeit (Liquid Organic Hydrogen Carrier – LOHC) gebunden ist. LOHC sind organische Verbindungen, die durch chemische Reaktionen Wasserstoff aufnehmen und wieder freisetzen können. Daher können sie als Speichermedium für Wasserstoff verwendet werden und das flüchtige Wasserstoffgas muss nicht mehr kosten- und energieintensiv heruntergekühlt oder komprimiert werden.
Das System ist in der Lage, aus 1 t Fackelgas bis zu 100 kg sauberen Wasserstoff und 730 kg festen Kohlenstoff zu generieren. Eine typische mittelgroße Ölplattform setzt jährlich 13 500 t Abfackelgas frei, aus denen ein einziger Flare-to-Hydrogen-Container 158 t sauberen Wasserstoff pro Jahr produzieren kann. Durch die Aufbereitung von 100 Mio. t Abfackelgas pro Jahr, der Menge, die 2021 in die Atmosphäre freigesetzt wurde, könnten 10 Mio. t sauberer Wasserstoff produziert werden, und das bei einem Preis von etwa 2 bis 3 US-Dollar pro Kilogramm. Der vor Ort erzeugte Wasserstoff kann in Wasserstoff-Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden.
Geschlossener Hydrierkreislauf
Dass ein Verfahren erfolgreich ist, muss es mit unterschiedlichsten Zusammensetzungen des Ausgangsstoffs zurechtkommen. Die Zusammensetzung von Fackelgas ist an jeder Abfackelstelle anders. Daher müssen die unterschiedlichen Kohlenstoffhydrate mittels Membranen abgeschieden werden, bis nur noch reines CH4 übrigbleibt. Anschließend wird dieses CH4 in einem Methan-Pyrolyseverfahren in Wasserstoff und festen Kohlenstoff aufgespalten. Mit einem Druck zwischen 30 und 50 bar und speziell für diese Anwendung entwickelten Katalysatoren wird das LOHC hydriert: der Wasserstoff wird chemisch gebunden. Das daraus entstehende mit Wasserstoff beladene LOHC+ kann mit der üblichen Infrastruktur für Benzin- und Dieselkraftstoff transportiert werden. Das Hydrierverfahren ist exotherm. Die dabei entstehende Abwärme lässt sich für andere Prozesse nutzen, was die Gesamteffizienz des Systems weiter steigert. Um das LOHC+ zu dehydrieren, d. h. den Wasserstoff wieder aus dem Liquid zu lösen, durchläuft es einen beheizten Dehydrierreaktor, der den für diesen Prozess benötigten Katalysator enthält. Das auf diese Weise dehydrierte LOHC- kann nun wieder zum Ort der Hydrierung zurückgeführt und erneut mit Wasserstoff beladen werden. Somit handelt es sich um einen in sich geschlossenen Kreislauf. Das LOHC selbst wird nicht verbraucht, sondern mehrfach wiederverwendet. Seine Nutzungsdauer lässt sich zusätzlich verlängern, indem es nach mehreren Zyklen gereinigt wird.
Sauberer Industrieruß
Das einzige Nebenprodukt des Verfahrens ist fester Industrieruß, der in ISO-Containertanks in alle Welt verschifft werden kann. Industrieruß (Carbon Black) wird hauptsächlich zur Verstärkung von Gummi in Reifen verwendet. Er kann aber auch als Pigment, UV-Stabilisator, Leit- oder Isolierstoff in verschiedenen Gummi-, Kunststoff- und Beschichtungsprodukten eingesetzt werden sowie in weiteren Produkten des Alltags wie Schläuchen, Förderbändern, Schuhen und Druckereierzeugnissen.
Carbon Black wird in der Regel in einem Hochtemperaturreaktor durch ein exakt kontrolliertes Flammensyntheseverfahren hergestellt, bei dem Öl und zuweilen auch Erdgas als Ausgangsstoff dienen. Somit trägt dessen Herstellung ebenso wie die Förderung seiner Ausgangsstoffe erheblich zur globalen Erderwärmung und Umweltverschmutzung bei. Demgegenüber fängt das Verfahren von H2-Industries sauberen Ruß auf, der aus schädlichen Nebenprodukten der Ölförderung hergestellt wird, ohne dass dabei zusätzliche CO2-Emissionen entstehen.
H2-Industries Inc., New York, USA
Autor: Michael Stusch
CEO,
H2-Industries
