Auf dem Weg zur Dekarbonisierung der deutschen Wirtschaft ist die Verfügbarkeit großer Mengen 'grünen' Wasserstoffs von entscheidender Bedeutung. Bis 2030 erwartet die Bundesregierung einen nationalen Wasserstoffbedarf von rund 90 bis 110 TWh. Der zusätzliche Verbrauch wird im Industriesektor (z.B. Stahlproduktion) und im Mobilitätsbereich mit Brennstoffzellen (z.B. Busse, Flugzeuge) benötigt. Da die nationale Produktion an grünen Wasserstoff in Deutschland jedoch für die nationalen Dekarbonisierungsziele nicht ausreicht, setzt die Bundesregierung auf umfangreiche Importe aus Regionen mit günstigen erneuerbaren Energien. Für einen energieeffizienten Wasserstofftransport ist die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak, das eine hohe Wasserstoffdichte aufweist, sinnvoll. Die Rückgewinnung des Wasserstoffs aus Ammoniak erfolgt am Zielort über das sogenannte Ammoniak Cracking. Stand der Technik ist, dass die Ammoniakspaltung industriell bisher nur für kleine Nischenanwendungen, mit nur geringen Wasserstoffströmen (typische Größe: 1 - 2 t pro Tag) angewendet wird. Vor dem Hintergrund der nationalen Klimaschutzziele, der angestrebten Reduktion der CO2-Emissionen und der angespannten Versorgungslage mit Energierohstoffen, strebt das Forschungsprojekt HyPAC eine Transformation der deutschen Wirtschaft auf Wasserstoff-Basis an. Im Rahmen von HyPAC soll ein neues Verfahren zur Wasserstofferzeugung aus Ammoniak, entwickelt und erstmalig in einer Miniplant demonstriert werden. Linde strebt einen industriellen, leicht skalierbaren und energieeffizienten Ammoniak Cracking Prozess an, um im großen Maßstab Wasserstoff (~ 500 t pro Tag) in hoher Reinheit und zu attraktiven Preispfaden zentral zu erzeugen und für große industrielle Abnehmer, wie chemische Industrie, Wasserstoff-Pipeline-Netz oder Gasturbinen, bereitzustellen. Bei Projekterfolg kann das Verfahren einen großen Beitrag zur signifikanten Reduktion der CO2-Emissionen aus Stromerzeugung, Verkehr und Industrie, leisten.
Im Zuge der Dekarbonisierung der Energieerzeugung werden neuartige Speicher und Energieumwandlungstechnologien erforderlich, um den volatilen Strom- und Wärmebedarf effizient zu decken. Eine vielversprechende Möglichkeit ist dabei die Erzeugung von Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Energien mittels Elektrolyse. Die chemisch in Form von Wasserstoff gespeicherte Energie kann dann zum Ausgleich des volatilen Energiebedarfs verwendet werden. Die direkte Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff, die außer Wasserdampf keine weiteren Verbrennungsprodukte erzeugt und damit schadstofffrei ist, kann dabei direkt in Wasser-Dampf-Kreisläufe integriert werden. Im Rahmen dieses Vorhabens wird die direkte Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer Dampfatmosphäre detailliert untersucht, wobei die Parameter identifiziert werden sollen, die eine möglichst vollständige Verbrennung erwarten lassen. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in das Design eines wasserstoffbefeuerten Dampferzeugers ein, dessen Funktion durch Prüfstandtests nachgewiesen wird. Danach soll der Dampferzeuger in einen geschlossenen Wasser-Dampfkreislauf eines bestehenden Turbinenprüfstandes integriert werden. Teil des Projektes sind auch die Planungsschritte, der Umbau sowie alle damit verbundenen betrieblichen Aspekte. Schwerpunkt ist dabei die Untersuchungen der Akkumulation von unverbranntem Wasserstoff und Sauerstoff in dem geschlossenen Kreislauf. Ein weiterer, zu untersuchender Aspekt wird das transiente Verhalten des Dampferzeugers bei verschiedenen Lastzuständen sein. Ziel ist es, mit Abschluss des Projektes ein umfassendes Bild über die Anwendung eines wasserstoffbetriebenen Dampferzeugers in geschlossenen Wasser-Dampf-Kreisläufen zu bekommen.
Die verstärkte Umwandlung von Biomasse in hochwertige Energieträger und hier vor allem in Wasserstoff wird in den nächsten Jahren eine entscheidende Rolle in der Erreichung der nationalen Ziele zur Emissionsreduktion spielen. Durch die Verwendung von biogenen Rest- und Abfallstoffen zur Produktion von Biogas wird bereits ein wichtiger Beitrag geleistet. Das resultierende Biogas wird durch seine Verbrennung jedoch fast ausschließlich für die Erzeugung von Strom und Wärme verwendet, wodurch somit erneut CO2 freigesetzt wird. Ein entscheidender Beitrag für die Reduktion der Treibhausgasemission kann mithilfe dieses Vorgehens folglich nicht geleistet werden. Aus diesem Grund ist das Ziel des Projekts die Entwicklung eines energieautarken Plasma-Pyrolyse Moduls zur Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Biomasse mit gleichzeitiger CO2-Entnahme in Form von immobilisiertem Kohlenstoff. Hierfür wird innerhalb der Projektarbeiten eine innovative Verfahrenskette aus Biogasaufbereitung, Umsetzung des Biomethans zu Wasserstoff über einen Mikrowellen-Pyrolysereaktor und die Reinigung des Wasserstoffs entwickelt. Zusätzlich wird die Stromerzeugung für den Spaltungsprozess über ein angegliedertes BHKW entwickelt und dieses Gesamtverfahren zu einer Pilotanlage zusammenführt. Durch die Kopplung des Reaktors an Biogasanlagen wird erstmals die Möglichkeit einer dezentralen Wasserstoff-Produktion mit negativem CO2-Fußabdruck geschaffen und praxisnah demonstriert.