Die Methanpyrolyse, auch bekannt als Methancracking oder Methanzersetzung, ist ein chemischer Prozess, bei dem Methan (CH₄), der Hauptbestandteil von Erdgas, unter hohen Temperaturen in seine Bestandteile Wasserstoff (H₂) und festen Kohlenstoff zerlegt wird. Diese thermochemische Reaktion bietet einen Weg zur Erzeugung von wertvollem Wasserstoff bei gleichzeitiger Bindung von Kohlenstoff in fester Form. Sie kann zur Erzeugung von sauberem Wasserstoff und hochwertigen Kohlenstoffprodukten für diverse Anwendungen genutzt werden. Wird der erzeugte Kohlenstoff eingelagert, können mit diesem Prozess auch negative Treibhausgasemissionen erzeugt werden, wenn das Methan aus Kohlendioxid hergestellt wird.

Grundprinzipien der Methanpyrolyse

Bei der Methanpyrolyse wird das Methan unter Ausschluss von Sauerstoff hohen Temperaturen ausgesetzt. Bei diesem Prozess werden die stabilen CH4-Moleküle in Wasserstoffgas (H₂) und festen Kohlenstoff (C) aufgespalten. Die chemische Gleichung für die Pyrolyse von Methan lautet wie folgt:

CH₄ (Methan) → H₂ (Wasserstoff) + C (Kohlenstoff)

Der Prozess findet bei Temperaturen von typischerweise über 800°C bis 1200°C statt, je nach den spezifischen Bedingungen. Manchmal kommen auch Katalysatoren zum Einsatz, um den Prozess zu beschleunigen. Die Abwesenheit von Sauerstoff ist entscheidend, um die Verbrennung von Methan zu verhindern. Für den Prozess wird Hochtemperaturwärme benötigt, da der Prozess endotherm verläuft.

Wasserstofferzeugung

Die Methanpyrolyse ist bekannt für ihr Potenzial zur kohlenstoffneutralen oder sogar kohlenstoffnegativen Erzeugung von Wasserstoff. Wasserstoff ist ein sauberer Brennstoff mit verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten. Der aus der Methanpyrolyse gewonnene Wasserstoff kann für diverse Anwendungen genutzt werden.

Potenzielle Vorteile und Anwendungen

Die Methanpyrolyse bietet mehrere potenzielle Vorteile:

Saubere Wasserstoffproduktion: Die Methanpyrolyse bietet einen Weg zur Herstellung von Wasserstoff mit geringeren Kohlenstoffemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie der Methandampfreformierung (SMR), bei der CO₂ als Nebenprodukt freigesetzt wird.

Kohlenstoff-Sequestrierung: Die Herstellung von festem Kohlenstoff bietet die Möglichkeit, Kohlenstoff in einer nützlichen Form abzuscheiden, was die Kohlenstoffemissionen verringern und wertvolle Materialien für verschiedene Industriezweige liefern könnte.

Integration erneuerbarer Energien: Die endotherme Methanpyrolyse kann als flexible Energiespeicherlösung dienen, indem überschüssige erneuerbare Energie in Zeiten des Überschusses zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt und dieser in Zeiten hoher Nachfrage verwertet wird.

Verwertung von Kohlenstoff: Das feste Kohlenstoff-Nebenprodukt kann in Branchen eingesetzt werden, die hochwertige kohlenstoffbasierte Materialien benötigen, z. B. im Bauwesen, in der Elektronik und bei modernen Materialien.

Abfall zu Energie: Die Methanpyrolyse kann potenziell auf alle Methanquellen angewandt werden. Darunter fällt z.B. Deponiegas, Biogas und andere aus Abfällen gewonnene Methanquellen. Über diesen Ansatz lässt sich Kohlenstoff binden.

Übergang zur nachhaltigen Energiewirtschaft

Im Zuge des weltweiten Übergangs zu saubereren Energiequellen kann die Methanpyrolyse einen Beitrag leisten, um die Erzeugung von sauberem Wasserstoff und die Bindung von Kohlenstoff zu vereinen. Da technologische Fortschritte und Nachhaltigkeitsziele die Innovation weiter vorantreiben, könnte die Methanpyrolyse ein wesentlicher Bestandteil der weltweiten Bemühungen um den Übergang zu einer kohlenstoffarmen und nachhaltigen Energiezukunft werden.