Charakterisierung von Kohlenstoff aus der Methanpyrolyse im Flüssigmetallreaktor

Wasserstoff nimmt als emissionsarmer Energieträger eine Schlüsselrolle in der Transformation des Energiesystems ein. Seine derzeitige Erzeugung ist jedoch noch überwiegend fossil geprägt und mit erheblichen Treibhausgasemissionen verbunden. Die Methanpyrolyse gilt als vielversprechende Brückentechnologie, da sie Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff spaltet und dabei direkte CO2-Emissionen vermeidet. Thermodynamisch erfordert die Pyrolyse im Vergleich zu Elektrolyse nur einen Bruchteil der Reaktionsenthalpie, wodurch eine effiziente und klimaschonende Herstellungsroute von Wasserstoff gegeben ist. Neben der Substitution bestehender Anwendungen eröffnet sich zudem das Potenzial zur Erschließung neuer Kohlenstoffmärkte, beispielsweise in Batteriebereich oder Baustoffsektor. Für eine erfolgreiche Markteinführung muss der erzeugte Kohlenstoff ¿ je nach Anwendung ¿ spezifische Eigenschaften und definierte Qualitätsanforderungen erfüllen. Die vorliegende Arbeit untersucht den Kohlenstoff aus der Methanpyrolyse in einem Flüssigmetall Blasensäulenreaktor mit Zinn als Reaktionsmedium. Ziel ist es, den Kohlenstoff möglichst vollständig aus dem Reaktorsystem auszutragen und seine Eigenschaften fundiert zu bewerten. Zur Materialcharakterisierung kommen Rasterelektronenmikroskopie, Raman-Spektroskopie und Elementaranalyse zum Einsatz. Damit werden Morphologie, Struktur und Reinheit erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Effizienz des Austragssystems die Produktqualität maßgeblich beeinflusst. Rasterelektronenmikroskop-Untersuchungen belegen ausgeprägte metallische Verunreinigungen, überwiegend Zinn aus dem Schmelzbad sowie in geringen Anteilen Eisen. Gleichzeitig werden blattartige Strukturen sichtbar, die auf kristalline Bestandteile hinweisen. Die Raman-Auswertung deutet auf amorphe Partikeln mit ungeordneter Struktur als auch kristalline Anteile hin, ist jedoch infolge der Probenvorbehandlung und der Kurvenanpassung mit Unsicherheiten behaftet. Zwar lässt sich durch Siebung die Homogenität und der Kohlenstoffgehalt moderat steigern, bei inniger Verwachsung der Kohlenstoff-Strukturen mit Metallverunreinigungen bleibt der Effekt jedoch begrenzt. Eine fundierte stoffliche Nutzung des Kohlenstoffs stellt einen wesentlichen Hebel für die Wirtschaftlichkeit der Methanpyrolyse dar und erfordert vertiefte Untersuchungen zu Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie zu prozessintegrierten Reinigungsstrategien.