Biowasserstoff
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Im Allgemeinen versteht man unter Biowasserstoff den aus oder mittels Biomasse gewonnenen Wasserstoff.
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[Bearbeiten] Herstellung
Für die biologische Wasserstoffgewinnung kommen prinzipiell vier Stoffwechselprozesse zur verbreiteten Anwendung:
- Gärung: Aus organischen Verbindungen werden bei vergärenden Bakterien H2, CO2 und oxidierte organische Verbindungen gebildet, wobei die Energie aus der organischen Verbindung selbst stammt.
- Oxygene Photosynthese: Aus Wasser werden mit Hilfe von Cyanobakterien hauptsächlich durch Nitrogenase und bei Grünalgen ausschließlich durch Hydrogenase unter Verwendung der Sonnenenergie H2 und O2 gebildet.
- Anoxygene Photosynthese: Aus organischen Substraten oder reduzierten Schwefelverbindungen werden bei phototrophen Bakterien unter Verwendung der Sonnenenergie H2 und CO2 oder oxidierte Schwefelverbindungen gebildet.
- Zur Herstellung von Wasserstoff aus Biomasse in industriellen Größenordnungen dient das Dampfreformierungsverfahren: Grasschnitt und sonstige pflanzliche Substanzen werden innerhalb eines Dampfreformers hoch temperiertem Dampf ausgesetzt. Es entstehen Wasserstoff, Kohlendioxid und Mineral-Asche. Fein-optimierte Biowasserstofferzeuger in Gestalt von Dampf-Reformern stehen voraussichtlich ab 2007 serienfertigungsreif zur Verfügung.
Wird Wasserstoff elektrolytisch mittels elektrischem Strom gewonnen, der aus Biomasse hergestellt wurde, spricht man nicht von Biowasserstoff.
[Bearbeiten] Vorteile
- Der so erzeugte Wasserstoff kann in das bestehende Gasleitungsnetz eingespeist werden. Das früher verwendete Stadtgas bestand ungefähr zur Hälfte aus Wasserstoff. Die Verwendung beim Endverbraucher erfolgt wegen des guten Wirkungsgrads am besten mit Mini-Blockheizkraftwerken auf Brennstoffzellenbasis. Auch herkömmliche Ottomotoren, Wankelmotoren, die auf Wasserstoffbetrieb umgerüstet sind, können bis zur Serienreife der effektiveren Brennstoffzellen Verwendung finden. Stirlingmotoren in Mini-Blockheizkraftwerken bedürfen konstruktionsbedingt keiner Umrüstung.
- Das bei der Wasserstoffproduktion mit geringem Aufwand separierbare Kohlendioxyd kann zur Klimaschonung in das Erdreich, z. B. in ehemalige Erdgasfelder verpresst werden. Durch dieses Verfahren kann die CO2-Belastung der Atmosphäre vermindert werden. Das Verfahren ist allerdings nicht unbedenklich und aktuell (Stand Nov. 2006) in der Diskussion unter dem Stichwort CO2-freies Kohlekraftwerk.
- Die anfallende Mineral-Asche wird wieder den Bodenflächen zugeführt, die der Biomasseerzeugung dienen.
- Der Landwirtschaft wird nachhaltig Einkommen gesichert. Die Bereitstellung von Biomasse kann mit der Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln und mit der Pflege von Biotopen kombiniert werden.
- Die Abhängigkeit von Energieimporten in Form von Öl und Erdgas kann nachhaltig vermindert werden.
[Bearbeiten] Nachteile und Ungeklärtes
Auch die Gewinnung und der Transport von Bio-Masse erfordert Energie und belastet die Umwelt. Bei der Energiegewinnung über Photosynthese der Pflanzen und industrielle Dampf-Reformierung der aus den abgeernteten Pflanzen gewonnenen Bio-Masse (Steamreforming) sind diese Kosten sorgfältig zu kalkulieren und für die Umwelt-Bilanz zu berücksichtigen. Das selbe gilt für den für die Dampf-Reformierung erforderlichen Energie-Aufwand.
Dieses Verfahren bringt im Vergleich zu der Energie-Ausbeute von Anlagen der Solarthermie oder Fotovoltaik pro Fläche weniger Energie ein; dafür ist die Nutzung von Biomasse weniger kapitalintensiv.
Für die energetische Nutzung von Biomasse bestehen unterschiedliche Techniken (z. B. direkte Verbrennung, Biogas, Ethanol, siehe auch Biomasse).
Welche Art der Wasserstoff-Erzeugung langfristig optimal ist, wird sich in den nächsten Jahren erweisen.
[Bearbeiten] Nutzung als Energieträger
Die wichtigste Quelle für erneuerbare Energie ist die Sonne. Für die Nutzung ist allerdings das grundsätzliche Problem der tages- und jahreszeitlichen Fluktuation zu lösen. Hierzu ist die Wasserstoffspeicherung und der Transport von Wasserstoff gut geeignet, da er den höchsten massebezogenen Energiegehalt mit 142 MJ/kg besitzt. Außerdem wird bei der Energiefreisetzung durch eine geregelte Knallgasreaktion in z.B. Brennstoffzellen im Idealfall nur Wasser als Endprodukt frei.
Die meist diskutierte Alternative Technik zur Solarwasserstoffgewinnung ist die Photovoltaik. Hierbei wird durch solar erzeugten Strom Wasser elektrolytisch in molekularen Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Einer großtechnischen Nutzung stehen gegenwärtig die hohen Kosten für die Produktion entsprechender Anlagen im Wege. Die Wasserstoffproduktion aus Biomasse wird voraussichtlich preisgünstiger sein.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Quellen
[Bearbeiten] Literatur
Karl-Heinz Tetzlaff: Bio-Wasserstoff - Eine Strategie zur Befreiung aus der selbstverschuldeten Abhängigkeit vom Öl. BOD Verlag, Norderstedt 2005, ISBN 3-8334-2616-0
