Für eine nachhaltige und klimaneutrale Zukunft wird ökologisch hergestellter Wasserstoff benötigt – sei es zur Zwischenspeicherung von (ursprünglich elektrischer) Energie oder zum Betrieb grundlegendster chemische Prozesse wie Düngemittel-, Stahl- oder Halbleiterherstellung.

Wasserstoff muss zu diesem Zweck transportiert und gespeichert werden. Eine attraktive Möglichkeit hierfür ist bereits für Methan etabliert: Das hochdurchsatzfähige Erdgasnetz mit seinen unerreicht großen Gas- bzw. Energiespeichern. Erdgas und Wasserstoff sind sich chemisch relativ ähnlich und können bereits heute gemeinsam in diesem Netz transportiert werden – allerdings in engen Grenzen für Wasserstoff. Die Herausforderung besteht darin, das Netz auch bei steigenden Anteilen von Wasserstoff nutzbar zu halten, da unterschiedliche Verbraucher und Netzbestandteile unterschiedliche Gaszusammensetzungen vertragen. Hierfür ist insbesondere eine bedarfsgerechte Entnahme notwendig, um Verbrauchern (bspw. Gasturbine oder Brennstoffzelle) eine jeweils verwertbare Gaszusammensetzung zu liefern. Sollte dies gelingen, so kann man von deutlichen Zeit- und Kostenvorteilen bei der Energiewende ausgehen, da wenig Infrastruktur neu aufgebaut werden muss und sich ein Gasnetz im Vergleich zu Stromnetzen einfacher regeln lässt.

Das vorliegende Promotionsvorhaben hat das Ziel, molekular-siebende Membranen auf Kohlenstoffbasis weiterzuentwickeln und für die Wasserstoffabtrennung und -reinigung aus Erdgas-Wasserstoff-Gemischen zu evaluieren. Diese Trennleistung ist erforderlich, um die oben genannte bedarfsgerechte Gaszusammensetzung zu liefern.

Hierfür sollen sowohl Aspekte der Membranweiterentwicklung und Maßstabübertragung, der Membranleistungen bei zu optimierenden Verfahrensparametern und der Integration der Membran in den Prozess der Gasbehandlung betrachtet werden. Als Ergebnis soll das Potenzial der Wasserstoff-Erdgastrennung mit Kohlenstoffmembranen analysiert und Kosten und nötige energetische Aufwendungen für unterschiedliche Ausspeiseszenarien bestimmt sein.