Das Element Wasserstoff
Wasserstoff ist auf der Erde in nahezu unbegrenzten Mengen
vorhanden, allerdings fast ausschließlich in chemischen Verbindungen
(Wasser, Säuren, Kohlenwasserstoffe und anderen organischen Verbindungen).
Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas und mit einem spezifischen
Gewicht von 0,0899 g/l gegenüber Luft ein Leichtgewicht.
Faustformel: 1 kg Wasserstoff enthält soviel Energie wie
2,8 kg Benzin.
Wasserstoff ist keine Energiequelle sondern ein Energieträger,
mit dessen Hilfe man Energie speichern und transportieren kann.
Wasserstoff ist somit eine Sekundärenergie, da zur Herstellung
zunächst bei allen Herstellungsarten Primärenergie aufgewendet
werden muss. Eine umweltfreundliche Energieerzeugung mittels Wasserstoff
findet erst dann statt, wenn der Wasserstoff mit regenerativen
Energiequellen erzeugt wird.
Erzeugung von Wasserstoff
Die am weitesten entwickelten Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff
sind das Reformierungsverfahren und die Wasser-Elektrolyse.
- Reformierungsverfahren
Der größte Teil der heutigen Wasserstoffproduktion entsteht als
Nebenprodukt in Prozessen der chemischen Industrie und wird dort
auch meist wieder verbraucht. Im industriellen Maßstab wird
Wasserstoff zur Zeit hauptsächlich durch Reformierung von Erdgas
erzeugt. Aber auch leichte Kohlenwasserstoffe aus anderen Quellen
sind nutzbar, wie z.B. Benzin, Kohle, Methanol oder Biomasse.
In den unterschiedlichen Reformierungsverfahren wird den aus Kohlen-Wasserstoffen-Ketten
bestehenden fossilen Energieträgern in mehreren Schritten
der Wasserstoff entzogen. Als Nebenprodukte entstehen u.a. Kohlenmonoxid,
Stickoxide und Schwefeldioxid.
- Wasser-Elektrolyse
Ein weiterer schon gebräuchlicher Herstellungsprozess ist
die Elektrolyse. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) mit einer
Flüssigkeit versetzt, die den Ionentransport ermöglicht.
Unter Einsatz von Strom wird Wasser in die Bestandteile Wasserstoff
(H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Dabei wird die elektrische in
chemische Energie umgewandelt und im Wasserstoff gespeichert.
In einer Brennstoffzelle
kann das umgekehrte Prinzip genutzt werden, um die zuvor chemisch
im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in elektrische zurückzugewinnen.
Weitere
Herstellungsarten stellen die Vergärung von Biomasse,
das Kvæner-Verfahren sowie die Erzeugung von Wasserstoff aus Grünalgen
dar. Jedoch befinden sich diese Technologien noch in der Erprobungsphase.
Speicherung von Wasserstoff
Wasserstoff läßt sich als Energieträger relativ
leicht transportieren. Wasserstoff kann wie Erdgas zusammengepresst
unter hohem Druck oder in flüssiger Form gespeichert werden. Druckspeicher
gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, von zehn Liter
fassenden Gasflaschen bis hin zu Großspeichern mit 100.000 Kubikmetern.
Für Brennstoffzellenautos sind Tankdrücke von 700 bar in der Erprobung.
Außerdem gibt es noch andere Speicherungsmöglichkeiten,
die sich noch in der Entwicklung befinden. Man unterscheidet grundsätzlich
drei unterschiedliche
Speicherungsmöglichkeiten von Wasserstoff: gasförmig
in Druckbehältern, flüssig in vakuumisolierten Behältern
und als Einlagerung in Metallen auf molekularer Ebene.
Wasserstoffwirtschaft
Wasserstoff ist ein wichtiges Industrieprodukt. Er ist das Ausgangselement
bei der Synthese von Ammoniak, bei der Raffinierung von Mineralöl,
der Synthese von Methanol und bei vielen metallurgischen Fertigungsprozessen.
Der energiewirtschaftliche Stellenwert von Wasserstoff nimmt ebenfalls
stetig zu. Derzeit wird der Einsatz des Energieträgers Wasserstoff
im Zusammenhang mit Brennstoffzellensystemen
in den unterschiedlichsten Bereichen erprobt. Dazu gehören
u.a. die Automobil- und Schiffsindustrie, portable Stromversorgung
für Elektrogeräte und Camping sowie die Anwendung in
Kleinkraftwerken.
Der Vorteil des Wasserstoffs als Energieträger liegt in seiner
Speicherbarkeit und Transportfähigkeit, obwohl für eine
funktionierende Wasserstoffwirtschaft noch einige Probleme zu
lösen sind. So entsteht bei der Herstellung des Wasserstoffs
aus fossilen Energieträgern Kohlenmonoxid bzw. Kohlendioxid,
also ein Treibhausgas.
Probleme für eine Markteinführung stellen u.a. die kurze
Lebensdauer, die flächendeckende Versorgung (z.B. Wasserstofftankstellen),
Emissionen bei der Herstellung, das Gewicht einiger Speichermedien
und die noch relativ hohen Kosten dar. Bei stationären Brennstoffzellen
steht mit Erdgas ein Energieträger zur Verfügung, der fast in
jedes Haus reicht. Für die mobile Nutzung der Brennstoffzelle
ist die Versorgung noch ein entscheidener Aspekt. Bisher existiert
z.B. noch kein Wasserstoff-Tankstellennetz in Deutschland. Ohne
diese Wasserstofftankstellen wird sich die Technologie im Automobilbereich
nur schwer durchsetzen können (weitere Infos zu alternativen
Treibstoffen -> Biodiesel,
reines Pflanzöl,
Erdgas
und Autogas). Ebenso wird es voraussichtlich kein flächendeckendes
Tankstellennetz geben, solange es nicht serienreife Brennstoffzellenautos
gibt.
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