Bevor Erdgas, Biomethan oder Wasserstoff in das Leitungsnetz eingespeist werden können, muss ihnen die enthaltene Feuchtigkeit entzogen werden, da Wasser Korrosion verursacht und technische Komponenten wie Ventile gefährden kann. Dieses Verfahren beruhte bisher auf chemischen Prozessen mit Triethylenglycol (TEG) und energieintensiver Wärme bei rund 200 Grad Celsius. Nun haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS eine effiziente Alternative entwickelt. Das herkömmliche Verfahren ist nicht nur wartungsintensiv, sondern verursacht durch die notwendige Destillation und chemische Nebenprodukte auch hohe CO2-Emissionen.
Die innovative Lösung aus Hermsdorf setzt stattdessen auf eine nanoporöse Membrantechnologie. Diese ermöglicht den Trocknungsprozess schnell, sauber und mit minimalem Energieaufwand. Hierbei wird das Gas durch eine Keramikröhre geleitet, deren Innenwand mit einer extrem dünnen Schicht überzogen ist. Wassermoleküle sind deutlich kleiner als die Gasmoleküle. Deshalb schlüpfen sie gezielt durch die Poren der Membran und werden über einen porösen Keramikträger nach außen abgeführt. Diese Technologie erlaubt es Anbietern erneuerbarer Energien, sowohl ihre Betriebskosten als auch ihre klimaschädlichen Emissionen signifikant zu senken.
Dr. Hannes Richter zählt die Vorteile auf: „Bei diesem Prozess benötigen wir kein TEG, dementsprechend entfallen die Destillation und das Verbrennen von Rückständen. Gegenüber der herkömmlichen Technik der Gastrocknung sparen wir bis zu 90 Prozent Energie, und es fallen auch keinerlei CO2-Emissionen an.“
Nanoporen für Wassermoleküle
Für die effektive Trennung des Wassers von den Gasen entwickelten die Fraunhofer-Forschenden eine spezielle nanoporöse Membran. Diese ist auf einem keramischen Träger fixiert. Diese Membranschicht weist eine Dicke im Mikrometerbereich auf und ist mit Poren von lediglich 0,4 Nanometern ausgestattet. Da Wassermoleküle mit einer Größe von 0,28 Nanometern deutlich kleiner als diese Öffnungen sind, können sie die Poren problemlos passieren und so effizient aus dem Gasstrom gefiltert werden. Dr. Adrian Simon beschreibt die Herausforderung: „Das nanoporöse Material auf dem Keramikträger muss eine perfekte geschlossene Schicht bilden, sonst kann es seine Funktion als Membran für die Wassermoleküle nicht erfüllen und würde auch größere Moleküle passieren lassen.“
Das Forschungsteam hat zwei spezialisierte Membran-Typen konzipiert, die jeweils auf die spezifischen Anforderungen der Gase zugeschnitten sind: Eine Variante auf Kohlenstoff-Basis dient der Trocknung von Biomethan, während eine zeolithbasierte Membran für Erdgas und Wasserstoff zum Einsatz kommt. Bei der Herstellung der Zeolith-Membran – einem Kristallgefüge aus Silizium, Aluminium und Sauerstoff – wird eine Lösung in das Keramikrohr gegossen, die nach einer thermischen Behandlung in einer Syntheselösung zu einer lückenlosen Schicht zusammenwächst.
Die Kohlenstoff-Variante wird hingegen über einen organischen Vorläuferstoff (Precursor) realisiert, der sich als präzise definierte Polymerschicht im Rohr absetzt. Durch anschließendes Erhitzen auf über 700 Grad Celsius unter Sauerstoffausschluss wandelt sich dieses Polymer in eine dichte Kohlenstoffschicht um. Dieser komplexe Optimierungsprozess gelang den Forschenden durch zahlreiche Versuchsreihen. Er basiert auf der langjährigen Expertise des Fraunhofer-Instituts in Hermsdorf im Bereich der Highend-Membrantechnologie und Keramikverarbeitung.
Kostensenkung bei Erneuerbarer Energie
Fraunhofer-Forscher Richter erklärt den nächsten Schritt: „Wir skalieren die Technologie gerade vom Technikums-Maßstab hoch für den industriellen Einsatz.“ Für Betreiber von Gasnetzen bietet die innovative Fraunhofer-Technologie eine effiziente Möglichkeit, Biomethan, Erdgas oder Wasserstoff schnell, sauber und mit minimalem Energieeinsatz zu trocknen. Dies trägt maßgeblich zur Schonung der technischen Infrastruktur bei und senkt gleichzeitig die Betriebskosten. Die Fachleute des Fraunhofer IKTS unterstützen Energieversorger, Netzbetreiber und Anlagenbauer dabei mit umfassender Beratung sowie der Erstellung individueller Konzepte für den Bau von Pilotanlagen.
Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt im Projekt „Hybiodirect“, wurde die Technik gemeinsam mit der DBI GmbH entwickelt. Die praktische Erprobung erfolgte im Projekt „H2well-compact“.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS (12/2025)