Wasserstoff: Künstliche Photosynthese & saubere Treibstoffe

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Aktualisiert am: 27 Dec 2020

Im letzten Kapitel haben wir gesehen, dass Batterien es uns erlauben, 71 % der auf Öl basierenden Brennstoffe durch Strom zu ersetzen . Das trifft auf Autos, LKWs und andere Kraftfahrzeuge zu. Allerdings können Batterien nicht genügend Energie pro kg Gewicht bereitstellen, um Flugzeuge oder Schiffe elektrisch zu betreiben .

Wasserstoff kann hier helfen und könnte – sobald er billig genug ist – auch für Kraftfahrzeuge verwendet werden ! Warum? Wasserstoff besitzt 128 Mal so viel Energie pro kg wie eine Lithium‑Ionen‑Batterie .

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Spezifische Energie von Wasserstoff und Li-Ionen-Batterien 

In der Natur tritt Wasserstoff (H) in der Regel als Paar von zwei Atomen (H₂) auf. Dies gilt auch für Sauerstoff (O₂).

Wasser (H₂O) besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wahrscheinlich hast du noch nie gesehen, wie Wasser in H₂ und O₂ zerfällt, oder? Die Aufspaltung von H₂O erfordert Energie . Daher können wir Energie speichern, indem wir Wasser (2H₂O) in 2H₂ und O₂ aufspalten und uns diese Energie später zurückholen, indem wir die Moleküle wieder zusammenbringen.

Treibstoff aus Wasser?

Die Idee ist einfach: Man verwendet sauberen Strom (aus erneuerbaren Energien oder Kernenergie), um Wasser durch Elektrolyse aufzuspalten.

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Elektrolyse

Später können wir H₂ wieder in Strom umwandeln, indem wir eine sogenannte Wasserstoff-Brennstoffzelle verwenden:

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Wasserstoff-Brennstoffzelle

Wie wird Wasserstoff heute erzeugt?

Seit 1975 gibt es eine erhebliche Nachfrage nach Wasserstoff, und da Wasserstoff heutzutage aus Erdgas hergestellt wird, verursacht er 2 % der globalen CO₂-Emissionen !

Warum Erdgas und keine erneuerbaren Energien? Es ist eine Preisfrage. Aber durch Innovationen und den weiteren Ausbau von Solar- und Windenergie könnten wir die Kosten erheblich senken:

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Der Preis für Wasserstoff

Was muss sich ändern?

Gesamtwirkungsgrad: Je mehr komprimierten Wasserstoff wir pro Energieeinheit erhalten, desto besser.

Kostengünstigere Elektrolyse: Energie beschreibt nur einen Teil der Kosten von Wasserstoff . Elektrolyseure müssen 20-50 % günstiger werden, um die Vorhersagen aus dem zuvor gezeigten Diagramm zu erfüllen .

Infrastruktur: Gase können nur schlecht transportiert werden. Um die enormen Anschaffungskosten von Pipelines zu vermeiden, könnte H₂ dort erzeugt werden, wo es auch benötigt wird . Dies wäre ein Kompromiss, denn der Bau vieler kleiner Elektrolyseure ist wahrscheinlich teurer als der einiger großer .

Kann die künstliche Photosynthese helfen?

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Effizienz der Photosynthese

Was wäre, wenn wir das tun könnten, was Pflanzen tun, um Energie zu erzeugen, aber es besser machen?

Aus Sicht eines Ingenieurs sind Pflanzen Maschinen, die CO₂, Wasser und Energie in Zucker und Sauerstoff umwandeln .

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Photosynthese-Gleichung

Forscher arbeiten an der sogenannten künstlichen Photosynthese. Das ist eine Technologie, die Wasser und Sonnenlicht direkt in H₂ und O₂ oder sogar Treibstoffe, ähnlich denen die wir heute in Autos nutzen, umwandelt !

In der Forschung werden zwar Fortschritte gemacht , es sagen aber selbst die Forscher, die daran arbeiten, dass die künstliche Photosynthese in naher Zukunft wahrscheinlich keine erschwingliche Technologie sein wird .

Preis und die Batterienfalle von Wasserstoff

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Batterien werden immer billiger

Zusätzlich zu Innovationen hat eine gestiegene Nachfrage einen sogenannten Skaleneffekt ermöglicht, bei dem Produkte billiger werden, wenn man mehr von ihnen erzeugt.

Zur Herstellung einer Packung Kartoffelchips benötigt man zum Beispiel einen landwirtschaftlichen Betrieb und eine Chips-Fabrik. Wenn man nun 100.000 weitere Packungen produziert und die anfänglichen Kosten unter ihnen aufteilt, wird jede von ihnen billiger!

Da dies bei Autobatterien bereits geschehen ist, könnte es für Wasserstoff schwierig sein, diesen Vorsprung aufzuholen .

Zusammenfassung

Wasserstoff könnte fossile Brennstoffe in Flugzeugen und Schiffen  ersetzen, was mit Batterien nicht möglich ist .

Eine Verringerung der Kosten für die Produktion, Kompression, Lagerung und den Transport von Wasserstoff könnte massive Auswirkungen auf den gesamten Energiesektor haben . Als Nebeneffekt würden die 2 % der globalen Treibhausgasemissionen wegfallen, die durch die heutige Wasserstoffproduktion entstehen .

Aber: Wir brauchen Innovation !

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