 |
Dieser Artikel oder Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen (Literatur, Webseiten oder Einzelnachweisen) versehen. Die fraglichen Angaben werden daher möglicherweise demnächst gelöscht. Hilf Wikipedia, indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfügst. Bitte entferne zuletzt diese Warnmarkierung. |
Als Biowasserstoff wird der aus oder mittels Biomasse gewonnene Wasserstoff bezeichnet. Nicht als Biowasserstoff wird Wasserstoff bezeichnet, der elektrolytisch mittels elektrischen Strom gewonnen wird, der seinerseits aus Biomasse hergestellt wurde.
Inhaltsverzeichnis |
Bearbeiten Herstellung in kleinen Mengen
Für die biologische Wasserstoffgewinnung kommen zur Zeit drei 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.[1]
Bearbeiten Herstellung in industriellen Größenordnungen
- Zur biogenen Herstellung von Wasserstoff in industriellen Größenordnungen dient das Dampfreformierungsverfahren: Grasschnitt und sonstige pflanzliche Substanzen („Ganzpflanzennutzung“) werden als Biomasse innerhalb einer Dampfreformer-Anlage hoch temperiertem Dampf ausgesetzt („steam reforming“). Dabei entstehen im Wesentlichen Wasserstoff, Kohlendioxid und Mineral-Asche. Die Erstellung solcher Biowasserstofferzeugungs-Anlagen stößt weder technisch noch ökonomisch auf unüberwindliche Hindernisse, wie die Probe-Läufe einer Reihe von Prototypen gezeigt hat. Sobald genügend Betreiber von Strom-erzeugenden Brennstoffzellen-basierten (HyO-)Heizanlagen Wasserstoff statt Methan 95 ("Erdgas, BioErdgas oder Substitute Natural Gas, "SNG") nachfragen, ist eine Umstellung der Gasversorgung auf das Versorgungs-sichere Bio-Wasserstoff-Gas zu erwarten.
Bearbeiten Vorteile
- Der in dieser Weise industriell erzeugte Wasserstoff kann in das bestehende Gasleitungsnetz eingespeist werden. Das früher verwendete von Kokereien durch Kohlevergasung hergestellte Stadtgas enthielt ungefähr 60 Prozent Wasserstoff. Die Verarbeitung des Biowasserstoffs an den Endverbrauchsstellen innerhalb der zu beheizenden Gebäude erfolgt wegen des guten Wirkungsgrads am besten mit Brennstoffzellen, die konstruktionsbedingt nahezu lautlos ohne jegliche bewegliche Teile arbeiten. Mit dem zugeführten Wasserstoff und dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft erzeugt die Brennstoffzelle Wärme zu Heiz-Zwecken und gleichzeitig elektrischen Strom, was als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zu bezeichnen ist. Auch nach der zu erwartenden Umstellung der Gasversorgung auf Wasserstoff können die im Gebäudebestand arbeitenden, noch funktionsfähigen Gasgeräte nach einem gering-aufwändigen Wechsel der Brennerventile- weiter verwendet werden. Auch die schon im Rahmen einer KWK als „Strom erzeugende Heizung“ installierten Verbrennungsmotoren, Stirlingmotoren und Dampfmaschinen können nach dem Brennerventil-Wechsel weiterverwendet werden. Es ist absehbar, dass die nach und nach in Großserie hergestellten Brennstoffzellen fortlaufend kostengünstiger zu beschaffen sind und die Alt-Anlagen ersetzen werden.
- Das bei der Wasserstoffproduktion mit geringem Aufwand separierbare Kohlenstoffdioxid, welches bekanntlich schwerer ist als Luft, kann – sobald die entsprechende Technik sicher entwickelt ist – klimafreundlich in das Erdreich, z. B. in ehemalige Erdgasfelder oder anders endgelagert werden. Dieses Verfahren wäre dann als klimaförderlich zu bewerten, da das von den verwerteten Pflanzen zuvor der Atmosphäre entzogene CO2 nach der Dampf-Reformierung der Atmosphäre nicht wieder zugeführt wird. Der CO2-Gehalt der Erdatmosphäre wird also durch die Verwirklichung dieser Art der Energieversorgung effektiv verringert („Real-Reduktion“). Solange die Endlagerungstechnik nicht sicher zur Verfügung steht, wäre diese Art der Energieversorgung aber immer noch als klimaneutral zu bewerten.
- Die anfallende Asche wird als Mineraldünger wieder den Bodenflächen zugeführt, die der Biomasseerzeugung dienen.
- Der Landwirtschaft wird nachhaltig Einkommen gesichert. Die Bereitstellung naturnah erzeugter Biomasse in ausreichenden Mengen ist mit der regionalen Versorgung mit Nahrungs- und Futtermitteln und mit der Pflege von Biotopen ohne Weiteres vereinbar. (Tetzlaff a. a. O.)
- Die Abhängigkeit von fossilen Energieimporten in Form von Öl und Erdgas kann nachhaltig verringert werden.
Bearbeiten Nachteile und Ungeklärtes
Auch die Gewinnung und der Transport von Biomasse erfordert grundsätzlich Energie und belastet die Umwelt. Bei der Energiegewinnung über Photosynthese der Pflanzen und die industrielle Dampfreformierung (Steamreforming) der aus den abgeernteten Pflanzen gewonnenen Biomasse ist für die Erstellung der Umweltbilanz, wie bei jedem anderen Energiekonzept, der entsprechende Aufwand zu kalkulieren und zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für den für die Dampfreformierung erforderlichen Energieeinsatz.
Dieses Verfahren bringt im Vergleich zu der Energieausbeute anderer Anlagen der Energiegewinnung Solarthermie, Photovoltaik oder Wind- oder Kernkraft pro Fläche weniger Energie ein. Andererseits ist die Nutzung von Biomasse weniger kapitalintensiv und naturnäher.
Die Verwendung von Wasserstoff im Verkehr ist nach Auffassung des Umweltbundesamts wegen der hohen Energieverluste und Kosten der Produktion, der Aufbereitung und des Transportes nicht zu befürworten. Stattdessen sei der akku-elektrische Fahrzeug-Antrieb empfehlenswert, da die Aufladung des Traktions-Akkus mit dem Strom aus der häuslichen (Mini-) KWK-Anlage (z. B. auf Brennstoffzellen-Basis) preiswert und Umwelt-freundlich erfolgen könne.
Bearbeiten Nutzung als Energieträger
Wasserstoff eignet sich wegen der geringen Speicher- und Transport-Verluste gut als (sekundärer) 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. Auch hierzu ist die Wasserstoffspeicherung und der Transport von Wasserstoff gut geeignet, da er mit 142 MJ/kg den höchsten massebezogenen Energiegehalt aufweist. 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 durch Vergasung von Biomasse wird voraussichtlich preisgünstiger sein.
Bearbeiten Siehe auch
Bearbeiten Quellen
- ↑ www.biowasserstoff.de (BioWasserstoff/Perspektive) Inhaber: Universität Köln, Originaltext vom Autor PD Dr. Röbbe Wünschiers zur Verfügung gestellt (Version vom 18. Juli 2007 21:27:32, abgerufen 15. Juli 2008 11:13)
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.
Bearbeiten Literatur
Autor: Karl-Heinz Tetzlaff Wasserstoff für alle - Wie wir der Öl-, Klima-, und Kostenfalle entkommen 512 Seiten, 135 Abbildungen, 65 Tabellen, 195 Literaturzitate; gebundene Ausgabe
BoD Verlag, Norderstedt, ISBN 978-3-8370-6116-1 (Mai 2008)
Bearbeiten Weblinks
- Wired-Mutant Algae Is Hydrogen Factory (englisch)
- FAO
- Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures (englisch, 384 kB, PDF-Datei)