Methan-Plasmalyzer®

Der Plasmalyzer® ist eine innovative Technologie zur Erzeugung von Wasserstoff durch einen Prozess namens Methan-Plasmalyse, der sich von der Pyrolyse dadurch unterscheidet, dass er seine plasmakatalytischen Fähigkeiten bei hohen Temperaturen von über 1300 °C nutzt, was einen entscheidenden Unterschied zur Pyrolyse darstellt. Diese Technologie ist einzigartig in ihrer Fähigkeit, Erdgas oder Biogas zu entkohlen, ohne Methan zu verbrennen.

Im Plasmalyzer® wird aus Solar- oder Windenergie ein Hochspannungsplasmafeld erzeugt und Methan in seine molekularen Bestandteile Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C) aufgespalten. Aus 4 kg Methan und 10 kWh Strom werden 1 kg Wasserstoff und 3 kg elementarer Kohlenstoff gewonnen. Die industrielle Wärme beträgt zwischen 3 und 5 kWh/kg H2. Um die H2-Produktion effizient zu gestalten, werden etwa 25 % der Abwärme zur Erwärmung der Einsatzgase wiederverwendet.

Im Plasmalyzer gibt es zwei Kammern. In der ersten Kammer (1) werden mit zwei Graphitelektroden und einem externen Magnetfeld eine Plasmaflamme erzeugt. Als Trägergas für das Plasma wird recycelter Wasserstoff genutzt. Biomethan oder Erdgas wird in der zweiten, separaten Kammer durch die Hochtemperaturwärme und dem plasmakatalytischen Prozess in Wasserstoff und festen Kohlenstoff zerlegt. Diese Prozesse erfolgen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1500 °C. Etwa 98 % des Methans werden innerhalb einer kurzen Verweilzeit von 200 ms bis 500 ms umgewandelt.

Der Plasmalyzer® bietet zwei fortschrittliche Elektroden-Systeme, die eine automatische Zuführung während des Betriebs ermöglichen. Die innere Elektrode nutzt sich im Laufe der Zeit allmählich ab.

Ein Elektroden-System verfügt über eine innere Elektrode mit automatischer Nachführung, die eine Betriebsdauer von etwa 100 Stunden bietet. Das andere Elektroden-System ist mit einem Kassettensystem ausgestattet, das 18 Elektroden enthält und einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, indem es die Elektroden automatisch wechselt, ohne den Betrieb zu unterbrechen.

Dieses Design gewährleistet, dass der Plasmalyzer® ohne nennenswerte Stillstandszeiten arbeiten kann, was die Effizienz und Produktivität der Anlage erhöht.

Der Plasmalyzer® kann modular in Containern integriert werden. Eine Beispielkonfiguration besteht aus fünf Funktionseinheiten: zwei Plasmalyse-Reaktoren zur Zersetzung von Erdgas in elementaren Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H2) sowie der notwendigen Mess- und Steuerungstechnik. Ein zweiter Container beherbergt einen weiteren Plasmalyse-Reaktor, ein Gebläse zur Erzeugung des gewünschten Drucks im System und zusätzliche Mess- und Steuerungstechnik.

Der erzeugte Wasserstoff und der feste Kohlenstoff werden durch einen Carbon Black Separator getrennt. Anschließend wird der Ruß mit einer Verdichterschnecke komprimiert. Der getrennte Ruß erfordert eine Annahmeeinheit, ein Vakuumtransportsystem, ein Lade- und Filtersystem, um in einem Silo oder Silofahrzeug gelagert zu werden. Der Plasmalyzer produziert Wasserstoff bei Atmosphärendruck.

Ein zusätzlicher Container mit einem Kompressor, einem Pufferspeicher, einem Kühlwassersystem und einem Wärmetauscher wird benötigt, um Wasserstoff an ein BHKW (Blockheizkraftwerk) oder eine Turbine zu liefern. Diese modulare Aufstellung ermöglicht es, das System flexibel an verschiedene Anforderungen anzupassen und eine effiziente Integration in bestehende Infrastrukturen zu gewährleisten.

Der Layout-Plan eines 0,5 MW Plasmalyse-Systems in Containern zeigt die praktische Umsetzung dieser Konfiguration

Der Wasserstoff kann direkt in Wasserstoff-BHKWs, Heizkesseln oder SOFC-Brennstoffzellen zur CO2-freien Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden. Diese Lösung dekarbonisiert die Energiewirtschaft. Der feste Kohlenstoff kann als industrieller Hilfsstoff, beispielsweise für Asphalt, Beton, Zement oder zur Bodenverbesserung, verwendet werden. Dadurch kann CO2 langfristig aus dem Kreislauf entfernt werden und ist somit von der CO2-Steuer befreit.

Um den Kohlenstoff transportfähig zu machen, wird ein Kohlenstoff-Handlingsystem benötigt. Das System enthält ein Filtersystem mit einer Kompressionsschnecke und einen Pufferspeicher. Außerhalb der Systemgrenzen befinden sich außerdem ein pneumatisches Kohlenstoff-Fördersystem, ein Abfüllsystem und ein Container.

 Der Plasmalyzer kann auch als vorgefertigte Einheit auf einem Rahmen montiert hergestellt werden. Dieses Modul ist für die direkte Installation und Inbetriebnahme vor Ort ausgelegt, ohne dass umfangreiche Bauarbeiten erforderlich sind. In der Regel umfasst das Modul alle erforderlichen Plasmalyzer-Komponenten wie das Plasmamodul, die Magnetspule, das Elektrodensystem, die Generatoren, Pumpen, Sensoren, Ventile und die Heißgasleitung. Es ermöglicht eine flexible Skalierung der erzeugten Wasserstoff- und Kohlenstoffmengen.

 Die Kombination der Module veranschaulicht den Aufbau einer 20-MW-Methanplasmalyseanlage, die aus 40 verbundenen 0,5-MW-Plasmalyzer-Modulen besteht. Diese Module sind miteinander verbunden und bilden ein System, das in der Lage ist, 2 Tonnen Wasserstoff und 6 Tonnen Kohlenstoff pro Stunde zu produzieren. Im Zentrum der Anlage befinden sich fünf Kohlenstoffabscheidungsfilter, die für die Reinigung des Outputs von entscheidender Bedeutung sind. Der abgetrennte Wasserstoff wird dann zu einem Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger geleitet, der die Dampferzeugung erleichtert. Diese Anordnung veranschaulicht auf effektive Weise die Integration modularer Technologie in eine großtechnische Anwendung, wodurch sowohl der Platzbedarf als auch die Effizienz optimiert werden.

 Bei Verwendung von Biomethan wird der Atmosphäre durch die Methan-Plasmalyse Kohlendioxid entzogen. Damit bietet Graforce erstmals eine marktreife Alternative zur umstrittenen CCS-Speicherung von CO2 (Carbon Capture Storage)..

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Wärme- und Stromerzeugung mit null oder sogar negativen Emissionen