Wasserstoff: Der nächste Schritt zur Wirtschaftlichkeit

Wasserstoff: Der nächste Schritt zur Wirtschaftlichkeit

von Wolfgang Kempkens

Strom aus der einer Wasserstoff-Brennstoffzelle könnte künftig nicht nur klimafreundlich, sondern auch rentabel sein.

Gute Ideen für alternative Energieerzeugung gibt es en masse. Doch damit sich die Alternativen auch durchsetzen, müssen sie sich wirtschaftlich rechnen und daran hapert es noch häufig. Wissenschaftler der Ruhruniversität Bochum, der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Leiden, haben nun einen Weg gefunden, die Kosten für Strom zu senken, der in einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff hergestellt wird.

Bislang rechnete man mit Kosten von fast 40 Cent pro Kilowattstunde für den so produzierten Strom – jedenfalls dann, wenn der dafür nötige Wasserstoff in einem sogenannten Elektrolyseur produziert wird. Das haben Experten der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik in einer Untersuchung im Jahr 2013 errechnet. Ein Elektrolyseur zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, benötigt dafür aber Strom – und zwar vergleichsweise viel: Zu den Gesamtkosten des Wasserstoffs-Stroms tragen die Stromkosten des Elektrolyseurs fast die Hälfte bei.

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Künftig werden sie drastisch sinken. Die niederländisch-deutsche Forschergruppe hat herausgefunden, dass eine leichte Veränderung am Katalysator des Elektrolyseurs dessen Effektivität glatt verdoppelt. Katalysatoren bestehen meist aus enorm dünnen Schichten des Edelmetalls Platin und sie sorgen dafür, dass die Wasserspaltung mit elektrischem Strom, normalerweise ein äußerst träge verlaufender Prozess, schneller von statten geht.

Kupfer statt PlatinAllerdings sind Platin-Katalysatoren keine reinen Beschleuniger: Sie geben die fertig zerlegten Produkte nur mit Verzögerung frei. Ein Team um Professor Aliaksandr Bandarenka vom TUM-Lehrstuhl für Physik der Energieumwandlung und -speicherung und Professor Wolfgang Schuhmann vom Bochumer Zentrum für Elektrochemie ermittelte auf theoretischem Weg diese Rückhaltekraft des Platins. Die war eindeutig zu groß.

Kupfer erwies sich als die Lösung. Die Forscher ersetzten die – von oben gesehen – zweite Platin-Atomlage durch eine Schicht aus Kupferatomen. Damit war das Problem gelöst. Die Oberfläche ließ die Elektrolyseprodukte unverzüglich frei, nachdem sie entstanden waren. Das verdoppelte die Effektivität.

Nur ein Bruchteil des Wasserstoff kommt aus WasserspaltungWie sich die Produktionskosten für Wasserstoff aus Wasser konkret verringern, haben die Wissenschaftler aus Bochum und München noch nicht ermittelt. Es dürfte aber ein großer Schritt in Richtung Wirtschaftlichkeit sein. Bisher ist Wasserstoff, der durch Wasserspaltung erzeugt wird, nur konkurrenzfähig, wenn die Stromkosten nicht berücksichtigt werden. „Muss man auch nicht“, sagen die Anhänger der Elektrolyse dann zwar, man könne ja schließlich kostenlosen Überschussstrom aus Wind- und Solarenergieanlagen nehmen. Doch dann kann der Elektrolyseur nicht kontinuierlich betrieben werden, was die Kosten wieder treibt.

Aus diesem Grund wird nur ein Bruchteil des Wasserstoffs, den die Industrie in großen Mengen als Chemierohstoff benötigt, durch Wasserspaltung gewonnen. Der überwiegende Teil wird aus Erdgas hergestellt. Der Vorteil der Emissionsfreiheit von Wasserstoff bei der Verbrennung oder der Verstromung in einer Brennstoffzelle ist damit dahin. Der Kohlenstoff, der aus dem Erdgas entfernt wird, landet in der Regel als Kohlendioxid in der Atmosphäre, verschärft also den Klimawandel. Ein wirtschaftlicher Weg, Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen, kommt also auch der Atmosphäre zugute.

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