H2 – Wie man Wasserstoff herstellt und nutzt - wissenschaft.de
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H2 – Wie man Wasserstoff herstellt und nutzt

Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas. Es verbrennt mit Sauerstoff zu Wasser, ohne dass dabei Luftschadstoffe und Klimagase entstehen. Die dabei abgegebene Wärme entspricht etwa 30 Prozent der bei der Verbrennung von Erdgas frei werdenden Wärme.

Im Gegensatz zu Erdgas oder Erdöl kommt Wasserstoff nicht in der Natur in Lagerstätten vor. Es muss mit Hilfe von anderen Energieträgern gewonnen werden. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist die Erdgasreformierung, bei der in einer chemischen Reaktion aus Erdgas und Wasser Kohlendioxid und Wasserstoff entsteht. Auch in Erdölraffinerien fällt Wasserstoff an, er wird dort aber wieder im Prozess benötigt. Mit Hilfe von Elektrizität kann Wasserstoff in Elektrolyseanlagen durch Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden.

Weltweit werden jährlich etwa 500 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff erzeugt, davon in Deutschland etwa 20 Milliarden Kubikmeter. Er wird überwiegend als Grundstoff in Raffinerien und in anderen Zweigen der chemischen Industrie eingesetzt. Würde man diese Menge ausschließlich als Energieträger verwenden, könnten damit sowohl weltweit als auch in Deutschland rund 1,5 Prozent des Energiebedarfs gedeckt werden. Der Weg in eine zukünftige Wasserstoffwelt erfordert also eine erhebliche Steigerung der Produktion.

Die Herstellung von Wasserstoff ist im Gegensatz zu seiner Verbrennung nur dann frei von Luftschadstoffen und Klimagasen, wenn für die Elektrolyseanlagen Strom aus Wasserkraft, Wind- oder Sonnenenergie eingesetzt wird. Nur auf etwa ein Promille des heute erzeugten Wasserstoffs trifft das zu.

Große Anlagen erzeugen den Wasserstoff aus Erdgas für etwa 14 Eurocent pro Kubikmeter. Umgerechnet auf den Energieinhalt entspricht das etwa dem 1,5-fachen des Preises für das eingesetzte Erdgas. Elektrolysewasserstoff, der mit Hilfe von Strom aus großen Wasserkraftwerken erzeugt wird, kostet gut das Doppelte des aus Erdgas gewonnenen Wasserstoffs. Noch kostspieliger ist der Wasserstoff, der mit Hilfe von Strom aus Solarzellen hergestellt wird. Dafür muss rund der 16-fache Betrag gegenüber der Herstellung aus Erdgas aufgewendet werden, weil Solarzellen noch sehr teuer sind. In der Entwicklung befinden sich Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Biomasse und das hier beschriebene Mikroalgen-Verfahren.

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Die Wasserstofferzeugung aus Algen steht noch nahe an der Grundlagenforschung. Seine Erzeugung in Laboranlagen ist noch nicht so energieeffizient und auch teurer als die konkurrierende Wasserstofferzeugung mit Hilfe erneuerbarer Energien oder Biomasse. Das Verfahren bietet aber ein sehr hohes Verbesserungspotential seitens der Biologie und durch den Übergang auf größere und kommerzielle Anlagen.

Hermann-Josef Wagner

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