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Aktuelles  24.02.2024

Wasserstoff als Energiequelle

In unterirdischen Lagerstätten befinden sich Billionen Tonnen von reinem oder mit anderen Gasen vermischtem Wasserstoff. Diese Vorräte könnten die Energieversorgung der Erde ohne Belastung des Klimas für hunderte Jahre sicherstellen.

Nach Auffassung von Geoffrey Ellis, Geochemiker am United States Geological Survey, des wichtigsten Instituts für die amtliche Kartografie, kann die Förderung dieses Schatzes zum größten Geschäft der nahen Zukunft werden, dessen Volumen das der Öl- und Gasförderung weit übertrifft.

Im Allgemeinen wird für die Herstellung von Wasserstoff viel frisches Wasser benötigt - etwa neun Liter für jedes Kilogramm. Der Elektrolyseprozess wird zwar immer effektiver, ist aber immer noch stark verlustbehaftet. Jedes Mal, wenn kostbare erneuerbare Energie vom Netz abgezogen wird, um Wasserstoff zu erzeugen, geht also ein gewisser Prozentsatz des Stroms verloren. Angesichts des massiv wachsenden Energiebedarfs und der gleichzeitigen Abkehr von billigen, einfachen und schmutzigen Energiequellen der Vergangenheit erscheint das unangemessen verschwenderisch.

1987, so erzählt Mamadou Ngulo Konaré, gaben die Brunnenbauer ein 108 Meter tiefes, trockenes Bohrloch auf, aber er und andere Dorfbewohner in Bourakébougou, Mali, bemerkten, dass ein Gas aus dem Loch strömte. Als sich jemand mit einer brennenden Zigarette im Munde darüber beugte, gab es eine Explosion, die schwere Verbrennungen sowie ein großes Feuer verursachte. Es stellte sich heraus, dass der 'Wind' aus fast reinem Wasserstoff bestand. Einige Jahre später wurde ein 30-Kilowatt-Generator aufgestellt, der mit dem Wasserstoff betrieben wurde. Damit war Bourakébougou das erste Dorf der Welt, das seinen Strom aus natürlichem Wasserstoff bezieht.

Laut den Untersuchungen von Ellis gibt es weltweit bis zu 5,5 Bio. Tonnen Wasserstoff in unterirdischen Reservoirs. Dieser könnte durch die Wechselwirkung bestimmter eisenhaltiger Mineralien mit unterirdischem Wasser entstanden sein. In einigen Fällen kann er mit anderen Gasen wie Methan vermischt sein, von denen er getrennt werden müsste. Aber er ist da, und zwar in so außergewöhnlichen Mengen, dass Analysten einen weltweiten Wasserstoff-Rausch erwarten, ähnlich dem Goldrausch in Kalifornien im 19. Jahrhundert. 'Selbst wenn man nur ein paar Prozent davon fördern könnte, würde das den Weltbedarf für hunderte Jahre decken', so Ellis gegenüber der Financial Times'.

Wasserstoff kann gespeichert werden

Forscher der Polnischen Akademie der Wissenschaften haben mit Kollegen des Eidgenössischen Insituts für Materialwissenschaften und Technologie und der Universität Zürich ein neues Modell der thermodynamischen und Elektronenprozesse entwickelt, die in Magnesium beim Kontakt mit Wasserstoffatomen ablaufen. Magnesiumhydrid gilt seit Jahrzehnten als aussichtsreicher Kandidat zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff bei normalem Luftdruck und Umgebungstemperatur. Doch die Menge pro Volumeneinheit reichte bei weitem nicht, um das Verfahren im Vergleich zur Speicherung unter hohem Druck oder in flüssiger Form bei einer Temperatur von minus 253 Grad Celsius konkurrenzfähig zu machen.

Wasserstoff kann von Magnesiumhydrid nur aufgenommen werden, wenn er atomar vorliegt. Normalerweise handelt es sich jedoch um ein Zweierpack, das mithilfe eines Katalysators getrennt werden muss. Das gelingt bisher nicht so wirksam, dass sich das Speichern lohnt. Die Forscher konnten nun aber zeigen, dass der Grund für das langjährige Scheitern in einem unvollständigen Verständnis der Phänomene liegt, die bei der Wasserstoffinjektion im Magnesium auftreten.

Das Modell sagt voraus, dass sich bei der Wanderung von Wasserstoffatomen lokale, thermodynamisch stabile Magnesiumhydrid-Cluster im Material bilden. An den Grenzen zwischen dem metallischen Magnesium und seinem Hydrid kommt es dann zu Veränderungen in der elektronischen Struktur des Materials, die maßgeblich zur Verringerung der Beweglichkeit von Wasserstoff-Ionen beitragen. Sie gelangen also nicht schnell genug in den Speicher hinein und können nicht alle freien Speicherplätze besetzen.

Mit diesem Know-how glauben die Forscher, gezielt einen Katalysator entwickeln zu können, der diese Wasserstoffbremse löst. Theoretisch ist Magnesiumhydrid den anderen Speichermöglichkeiten weit überlegen. Es kann pro Volumeneinheit 50 Prozent mehr Wasserstoff aufnehmen als Kryospeicher, in denen das Gas in flüssiger Form vorliegt, und sogar mehr als doppelt so viel wie ein Drucktank. Zudem ist die Speicherung in Hydrid absolut sicher, wie es heißt. Es kann somit keine Brände und erst recht keine Explosionen geben.

pte/red

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#Energie #Wasserstoff



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