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Alt 14.11.2004, 11:47     #4
Albert   Albert ist offline
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3. Produktion: So wird Wasserstoff hergestellt.

Es gibt verschiedene Wege, Wasserstoff herzustellen. Sie sind für die ökologische Gesamtbilanz von Wasserstoff als Kraftstoff entscheidend. Am gebräuchlichsten sind heute Verfahren, bei denen fossile Primärenergieträger eingesetzt werden:

• Reformierung von Erdgas, Flüssiggas und Naphta,

• Partielle Oxidation von Schweröl,

• Kohlevergasung,

• Pyrolyse von Kohle zu Koks,

• Benzin-Reformierung.

Diese Verfahren sind langfristig keine nachhaltige Alternative: Denn zum einen basieren sie auf endlichen Rohstoffen und Energieträgern, zum anderen werden bei den Prozessen unerwünschte Substanzen wie Kohlendioxid freigesetzt. Forscher untersuchen im Auftrag der Europäischen Union und der Bundesregierung die Möglichkeiten der sogenannten Sequestrierung von CO2. Damit bezeichnet man das Abscheiden und Auffangen des Gases beispielsweise bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas. Zur langfristigen Speicherung wird das Kohlendioxid in ausgebeutete Lagerstätten von Erdöl, Erdgas oder Kohle gepumpt. Auch eine Deponierung auf dem Grund der Tiefsee steht in der kritischen Diskussion.

Einfach, effektiv und sauber: Elektrolyse.

Der aussichtsreichste Weg zur Gewinnung von Wasserstoff ist die Elektrolyse: Mit Hilfe von Strom kann Wasserstoff praktisch unbegrenzt aus Wasser hergestellt werden. Das Prinzip ist einfach: Zwei in ein Wasserbad getauchte Elektroden werden unter Gleichspannung gesetzt. Die positiv geladenen Wasserstoff-Ionen (Kationen) sammeln sich an der negativen Kathode und die Sauerstoff-Ionen (Anionen) an der positiven Anode.

Das entstehende Wasserstoffgas wird aufgefangen, bei Bedarf auch der gasförmige Sauerstoff. Auch hier gibt es verschiedene Verfahren:

• die alkalische Elektrolyse,

• die Membranelektrolyse,

• die alkalische Hochdruckelektrolyse,

• die alkalische Hochtemperaturelektrolyse.

Von diesen Verfahren ist die weiterentwickelte alkalische Elektrolyse derzeit die umweltfreundlichste und wirtschaftlichste Produktionsmethode. Die Elektrolyse macht jedoch ökologisch nur Sinn, wenn der Strom zur Wasserspaltung aus regenerativen Primärenergieträgern gewonnen wird.

Kostenlos und unbegrenzt: Solarenergie.

Einen bedeutenden Anteil an der globalen Lösung für die Zukunft stellt die großtechnische Erzeugung von Solarstrom dar, um mit der Kraft der Sonne unter anderem Wasserstoff herzustellen. Die Sonne hält das größte Potenzial erneuerbarer Energien bereit: Innerhalb einer Stunde schickt sie so viel Energie zur Erde, wie weltweit pro Jahr von der Menschheit verbraucht wird. Jahr für Jahr summiert sich die Sonnenenergie auf rund 1,1 Milliarden Terawattstunden (TWh) Energie – das entspricht ungefähr dem Zehntausendfachen des gegenwärtigen Jahresverbrauchs der Menschheit.

Die Umwandlung dieser Energie ist beispielsweise durch Solarzellen möglich, die unmittelbar Strom produzieren. Um derartige Szenarien zu erproben, hat sich die BMW Group schon frühzeitig an dem Solar-Wasserstoff-Projekt im bayrischen Neunburg vorm Wald beteiligt, wo in Zusammenarbeit mit anderen Firmen die photovoltaische Erzeugung von Wasserstoff und sein Einsatz für verschiedene Zwecke erprobt wurde.

Nach heutigem Stand der Technik wirtschaftlich noch interessanter als Photovoltaikanlagen ist der Einsatz von Sonnenkraftwerken mit rinnenförmigen Parabolspiegeln. In deren Brennpunkt wird in einem Rohr umgepumptes Öl auf bis zu 400 °C erhitzt. Das Öl verdampft in einem Wärmetauscher Wasser, das in einem nächsten Schritt eine Dampfturbine zur Stromerzeugung antreibt. Solche solarthermischen Anlagen arbeiten bereits in der kalifornischen Mojave Wüste. Hier erzeugen unter anderem die beiden Sonnenkraftwerke Kramer Junction und Harper Lake umweltfreundlichen Solarstrom, der sich auch für die Gewinnung von Wasserstoff nutzen lässt. In diesem weltweit größten Solarkraftwerk-Komplex werden mit 2,3 Millionen Quadratmeter Spiegelfläche 354 Megawatt Strom produziert – genug Energie für rund 200 000 Einwohner Kaliforniens. Während der Gesamtlaufzeit des Kraftwerk-Komplexes wird damit im Vergleich zu Anlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, der Ausstoß von 18 Millionen Tonnen CO2 vermieden.

Grundsätzlich sind die Gebiete um den 40. Breitengrad für Solarkraftwerke prädestiniert. Aber auch in Europa wird der Solarthermie ein Potenzial von rund 1400 Terawattstunden (TWh) zugebilligt, das entspricht der Leistung von fast vier Millionen der beschriebenen kalifornischen Solarkraftwerk-Komplexe. Selbst per Photovoltaik sind 600 TWh realisierbar. Die größten bisher nicht ausgeschöpften Energiereserven bietet in Europa allerdings mittelfristig die Windkraft mit 1800 TWh offshore und 350 TWh auf dem Land. Heute werden europaweit rund 60 TWh elektrischer Energie, etwa 2,4 Prozent des gesamten Elektrizätsbedarfs, per Windkraft erzeugt.

Statt fossiler Kohlenstoffverbindungen können auch nachwachsende Rohstoffe als Ausgangsbasis für die Wasserstoffgewinnung eingesetzt werden. Wird Biomasse als Energielieferant für die Gewinnung von Wasserstoff eingesetzt, sind die Verfahren dazu in zweierlei Hinsicht einzigartig: Erstens stellen sie die einzige Möglichkeit dar, direkt aus einem regenerativen Primärenergieträger Wasserstoff zu erzeugen. Zweitens gilt Biomasse vielfach als nahezu CO2-neutral, da die Pflanzen durch Photosynthese näherungsweise dieselbe Menge an Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen haben wie sie bei der Verarbeitung abgeben. Wasserstoff kann aus Biomasse entweder durch Vergasung oder Vergärung oder durch andere biologische Prozesse gewonnen werden. Aus ökologischen Gründen empfehlen zahlreiche Experten allerdings für die Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse nur die Verwendung von Abfall, nicht die von Energiepflanzen. Dadurch wäre das Aufkommen an verwertbarer Biomasse entsprechend begrenzt.

Studien der VES rechnen dem Wasserstoff aus Biomasse in Europa ein Potenzial von circa 30 Prozent für die konventionelle Kraftstoffsubstitution zu. Hierbei wurde unterstellt, dass sämtliche Biomasse einschließlich dem Anbau von Energiepflanzen ausschließlich für die Kraftstoffproduktion zur Versorgung des Straßenverkehrs eingesetzt wird. Da Biomasse aber auch im stationären Sektor zur Strom- und Wärmeproduktion eingesetzt wird, kann von einem Substitutionspotenzial von circa 15 Prozent ausgegangen werden. Biomasse kann also einen Beitrag zur Verminderung der Kohlendioxidemissionen leisten, aber den Bedarf bei weitem nicht decken.
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