"Atmende" seltene Erden reformieren Methan zu Wasserstoff

Amerikanische Wissenschaftler wollen die Reformierung von Methan zu Wasserstoff mithilfe so genannter seltener Erden vereinfachen. Sie machen sich dabei zunutze, dass diese Elemente in Anwesenheit von Wasserdampf und Methan Wasserstoff freisetzen können. Interessant könnte die Technik besonders für die auf Erdgas basierende Hausenergieversorgung mit Brennstoffzellen sein.

Die Oxide der Elemente Cer (Ce), Terbium (Tb) , und Praeseodym (Pr) können in zyklischen Reaktionen Sauerstoff „ein- und ausatmen“ und dabei Wasserstoff abgeben, wenn Methan und Wasserdampf vorhanden sind. Diese Eigenschaft ist zwar schon lange bekannt, doch den Wissenschaftlern um Zhong Wang vom Georgia Institute of Technology ist es nun gelungen, die dafür nötigen Temperaturen mithilfe ins Material eingebauter Eisenatome deutlich zu senken.

Beim „Ausatmen“ wird bei Temperaturen von 700 Grad Celsius aus dem Kristallgitter der Oxidverbindung Sauerstoff freigesetzt. Dieser reagiert mit dem Methan (CH4) zu Kohlendioxid, wobei Wasserstoff frei wird. Das „Einatmen“ läuft bei Temperaturen von 375 Grad Celsius ab: Dabei wird Wasserdampf zu Wasserstoff und Sauerstoff reduziert, der sich wieder in das Kristallgitter der Oxidverbindung einbaut. Durch ein wechselndes Anheben und Absenken der Temperatur kann dieser Atemzyklus in Gang gehalten werden, wobei kontinuierlich Wasserstoff freigesetzt wird.

Ein solches System könnte durchaus herkömmlichen externen Reformern für Brennstoffzellenanlagen Konkurrenz machen, glauben Wang und seine Kollegen. In weiteren Untersuchungen wollen die Wissenschaftler nun die Dotierung der Oxide mit Eisenatomen weiter verfeinern und die Reaktion dadurch optimieren.

Bisher wird der in Brennstoffzellensystemen für die Hausversorgung benötigte Wasserstoff durch Dampfreformierung des überwiegend aus Methan bestehenden Erdgases gewonnen. Dabei reagiert Methan in dem Reformer bei hohen Temperaturen in zwei Schritten mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid. Nur in Hochtemperaturbrennstoffzellen, beispielsweise beim SOFC-System von Sulzer Hexis, kann das Methan direkt in der Zelle reformiert werden.