Die Dampfreformierung (engl. Steam reforming) ist ein technisches Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, einer Mischung aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Es ist heutzutage das verbreitetste Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und wird in vielen großtechnischen Anlagen durchgeführt.

Für die Dampfreformierung werden Kohlenwasserstoffe benötigt. Meist wird Erdgas eingesetzt, welches zu einem großen Teil aus Methan besteht. Dieses Methan reagiert im ersten Prozessschritt mit Wasser nach der folgenden Reaktionsgleichung:

$$ \mathrm{CH}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \leftrightarrow \mathrm{CO}+3 \mathrm{H}_{2} \quad \Delta \mathrm{H}=206,2 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol} $$

Diese Reaktion wird bei einem hohen Druck zwischen 15 und 25 bar sowie einer hohen Temperatur zwischen 750 °C und 1000 °C unter Einwirkung eines Katalysators durchgeführt. Es handelt sich um eine endotherme Reaktion, die benötigte Wärmemenge muss demnach zugeführt werden.

Bei der Nutzung von Kohle oder Biomasse anstelle von Erdgas ist diese Reaktionsgleichung leicht verändert. Die allgemeine Reaktionsgleichung der Dampfreformierung lautet wie folgt:

$$ C_{n} H_{m}+n H_{2} O \leftrightarrow n C O+\left(\frac{n+m}{2}\right) 3 H_{2} $$

Durch die gleichzeitige Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verbindung durch Sauerstoff (siehe Partielle Oxidation: POX-Verfahren) kann das Verfahren auch autotherm durchgeführt werden, da diese Oxidation eine exotherme Reaktion darstellt und das Verfahren somit unabhängig von äußerer Wärmezufuhr betrieben werden kann.

Im zweiten Prozessschritt wird das Kohlenmonoxid unter Zugabe von Wasserdampf zu Kohlenstoffdioxid oxidiert, wobei erneut Wasserstoff entsteht und damit dessen Ausbeute erhöht wird. Diese endotherme Reaktion nennt man Wassergas-Shift-Reaktion (WGS). $$ \mathrm{CO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \leftrightarrow \mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \quad \Delta \mathrm{H}=-41,2 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol} $$

Die Dampfreformierung von Erdgas in Kombination mit der Wassergas-Shift-Reaktion führt somit zu folgender Gesamtreaktion:

$$ \mathrm{CH}_{4}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \leftrightarrow \mathrm{CO}_{2}+4 \mathrm{H}_{2} \quad \Delta \mathrm{H}=165 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol} $$

Fazit

Da bei der Dampfreformierung hohe Mengen an Kohlenstoffdioxid ausgestoßen werden, handelt es sich bei dem erzeugten Wasserstoff um grauen Wasserstoff. Theoretisch kann durch CCS-Techniken auch blauer Wasserstoff erzeugt werden, wobei das entstandene Kohlendioxid aufgefangen werden muss. Der Gesamtwirkungsgrad der Dampfreformierung liegt bei 60 % bis 70 % des Erdgas-Heizwertes.  Das bedeutet, dass 60 % bis 70 % der im Erdgas gespeicherten chemischen Energie im erzeugten Wasserstoff gespeichert sind, die restliche Energie geht beim Umwandlungsprozess verloren.