Robert Klatt
Ein neuer Prozess erzeugt aus giftigem Schwefelwasserstoff reinen Wasserstoff. Das Verfahren soll zeitnah im industriellen Maßstab erprobt werden.
Columbus (U.S.A.). In der Umwelt entsteht Schwefelwasserstoff unter sauerstoffarmen Bedingungen dort, wo Verwesung und Zersetzung vorkommen, also zum Beispiel in Abwasserkanälen, im Faulschlamm und bei der Produktion von Biogas. Außerdem fällt das hochgiftige Gas auch in der Erdölförderung und -verarbeitung, in der Papierherstellung und bei vielen weiteren chemischen Prozessen an.
In der Industrie wird Schwefelwasserstoff bisher von den übrigen Gasen getrennt und dann in elementaren Schwefel mithilfe des sogenannten Claus-Prozess umgewandelt. Dazu wird der Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid verbrannt. Ein Katalysator erzeugt dann unter Sauerstoffentzug aus dem Schwefeldioxid Wasser und Schwefel.
Alternativ kann aus Schwefelwasserstoff aber auch Wasserstoff gewonnen werden. Wissenschaftler der Ohio State University haben nun dazu ein optimiertes Verfahren entwickelt. „Die Zerlegung von H2S in Schwefel und reinen Wasserstoff ist ein attraktiver Prozess, erfordert aber ein Konzept mit maximaler H2-Ausbeute und minimalem Energieverbrauch“, erklärt das Team um Kalyani Jangam.
Laut der Publikation im Fachmagazin ACS Sustainable Chemical Engineering basiert das neue Verfahren auf dem sogenannten chemischen Looping. Dies ist ein Prozess, bei dem Metalloxide als Katalysatoren und Trägerstoffe dienen. Es kann so zum Beispiel CO2 beim Verbrennen fossiler Energieträger gebunden werden.
Die Wissenschaftler wandelten diesen Prozess so ab, dass Eisenoxid den Schwefel bindet. Anschließend wird der im Eisensulfid gebundene Schwefel durch eine zweite Reaktion wieder abgetrennt und das Eisenoxid wird wiedergewonnen. Es entsteht so ein Zyklus, bei dem reiner Wasserstoff gewonnen wird.
„Die Aufspaltung des Schwefelwasserstoff-Abbaus in die zyklische Sulfidation und die Regeneration des schwefelbindenden Eisenoxids überwindet thermodynamische Begrenzungen und erlaubt die direkte Gewinnung von Wasserstoff“, so Jangam. Um den SULGEN genannten Prozess noch effizienter zu machen, dotierten die Entwickler das Eisenoxid mit zwei Prozent Molybdän.
„Dadurch erzielten wir eine 24 Prozent höhere Schwefelaufnahme bei den dotierten Eisenoxid-Katalysatoren im Vergleich zu undotierten Schwefelträgern“, erklärt Jangam. Nötig ist diese Steigerung der Effizienz vor allem, damit das Verfahren auch zur industriellen Herstellung von Wasserstoff aus Schwefelgas genutzt werden kann.
„Noch ist es zu früh, um sagen zu können, ob unsere Forschung eine der bisher gängigen Methoden zur Wasserstoffgewinnung ersetzen kann. Aber wir arbeiten weiter daran, diesen Zerlegungsprozess zu optimieren und so ein wertvolles Produkt aus dem Giftgas zu gewinnen“, so Jangam. Das Team möchte daher zeitnah Tests im industriellen Maßstab durchführen.
ACS Sustainable Chemical Engineering, doi: 10.1021/acssuschemeng.1c03410
