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2004-11-27
ENERGIETECHNIK

Träume in Wasserstoff

Michael Bockhorst, 27.11.2004

Illusionen?!

Jeder träumt heute davon, sein Haus mit Wasserstoff zu heizen oder mit wasserstoffbetriebenen Cryoplane-Flugzeugen in der Weltgeschichte herumzureisen. Das Auto hat eine Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff betrieben wird. Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerke werden mit Wasserstoff befeuert und liefern sauberen Strom.
In diesen Szenarien wird Wasserstoff mittels der Elektrolyse hergestellt. Ein ebenfalls recht effizientes und sauberes Verfahren. Transportiert wird Wasserstoff über Pipelines, Kryotanks oder Druckgas-Behälter.

Wo kommt der Wasserstoff her?

Die Wasserstoff-Wirtschaft wird seit Jahrzehnten propagiert, aber bis heute gibt es noch nicht einmal ein Wasserstoff-Wirtschaftchen.
Mit der Herstellung haperts an allen Ecken und Kanten: Die einzigen etablierten Verfahren sind solche, die aus Erdgas, Erdöl oder Kohle unter Einsatz von Hitze, Wasser und Luftsauerstoff Synthesegas produzieren. Dieses Synthesegas (auch Syngas) enthält Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die Shift-Reaktion setzt das Kohlenmonoxid mit Wasser zu Wasserstoff und ... Kohlendioxid um. Und dieses Kohlendioxid ist der Knackpunkt: Ob ich die Energieträger direkt verbrenne, um ihren Energieinhalt zu nutzen, oder ob ich sie zu Wasserstoff mache, den ich als Energieträger einsetze, es wird immer Kohlendioxid freigesetzt.
Etwa 95 Prozent der Weltproduktion an Wasserstoff wird auf diese Weise hergestellt, die restlichen 5 Prozent werden durch andere Verfahren wie etwa die Elektrolyse von Wasser bereitgesetellt.
Warum gibt es nicht mehr Elektrolyse? Zum einen wird dafür sehr hochwertiger Strom als Input-Energie benötigt, auf der anderen Seite sind Elektrolyseure teuer und haben nur eine recht begrenzte Lebensdauer. Damit fällt derzeit die Elektrolyse als großtechnisches Verfahren zur Wasserstoff-Herstellung nicht in`s Gewicht.

Wo könnte Wasserstoff in Zukunft herkommen?

Die Hochtemperatur-Elektrolyse ist wesentlich effizienter als die heute übliche Niedertemperatur-Elektrolyse: Heißer Dampf aus Hochtemperatur-Reaktoren stellt die Hitze und das Wasser bereit, eine vom gleichen Reaktor angetriebene Gas-und-Dampfturbinen-Einheit den notwendigen elektrischen Strom: Wirkungsgrade von 70-85 Prozent scheinen möglich!
In den Kinderschuhen, aber von der Idee her genial: Photoelektrochemische Zellen, die mit Sonnenlicht Wasser spalten und direkt Wasserstoff herstellen können. Aber: Die Lebensdauer von einigen wenigen Stunden zeigt, daß solche Systeme mindestens 1 Jahrzehnt, wenn nicht gar Jahrzehnte von einer Standardtechnik entfernt sind.
Mikroalgen können heute schon dazu gebracht werden, direkt Wasserstoff herzustellen, allerdings ist die Ausbeute noch viel zu gering für energetische Anwendungen. Zur Verbesserung der Ausbeute wird versucht, Mutationen von Mikroalgen durch ein Verfahren, was gezielte Evolution genannt wird, zu erzeugen und dann die leistungsfähigsten Individuen durch entsprechende Selektionsverfahren herauszufischen. Die Alternative besteht darin, durch gezielte Eingriffe in das Genom bestehender Mikroalgen deren Fähigkeiten so anzupassen, daß sie mit hoher Rate bei geringen Ansprüchen Wasserstoff produzieren können. Aber diese drei Alternativen für eine zukünftige Wasserstoff-Herstellung sind noch mindestens 1 Jahrzehnt, wahrscheinlich aber 2--3 Jahrzehnte auf dem Weg zu einer Standard-Technologie!

Wer forscht?

Eines der weltweit größten und fortgeschrittenen Projekte dürfte die Wasserstoff-Initiative, die im Jahr von Präsident Bush gestartet wurde, sein. Dort werden die Schlüsselkomponenten eine Wasserstoff-Wirtschaft in aller Breite und Sorgfalt beleuchtet und bearbeitet.
Die EU schickt sich derzeit an, ein europaweites Projekt zu starten, genau zu diesem Themenkomplex.