Grüner Wasserstoff

US-Forscher haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich der Energieträger ohne fossile Brennstoffe herstellen lässt.

Ein neuer experimenteller Ansatz könnte es künftig erlauben, Wasserstoff deutlich kostengünstiger und umweltfreundlicher zu produzieren – und zwar ohne Verwendung fossiler Energieträger. Der Prozess, den Mark Davis, Professor für Chemieingenieurwesen am California Institute of Technology (Caltech), entwickelt hat, spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff über einen kombinierten Erwärmungs- und Katalyseprozess. Im Gegensatz zur Elektrolyse werden hier keine großen Mengen Strom benötigt.

Ausgangspunkt sind bereits bekannte wärmebasierte Prozesse, die Davis verbessert hat. So arbeitet sein Verfahren bei relativ niedrigen Temperaturen und produziert auch keine giftigen oder ätzenden Zwischenprodukte.

Fast der gesamte Wasserstoff in industriellen Prozessen wie etwa der Benzinherstellung kommt derzeit aus dem katalytischen Reforming von Erdgas. Sollen die Autohersteller damit beginnen, größere Stückzahlen von Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen zu verkaufen, dürfte auch dieser Treibstoff anfangs zumeist aus Erdgas stammen. Die Caltech-Forscher um Davis wollen das vermeiden, da damit Klimaprobleme nur verlagert würden.

Wer Wasser bei hohen Temperaturen spalten will, erhitzt zunächst oxidiertes Metall, um den Sauerstoff auszutreiben; anschließend wird Wasser hinzugegeben. Davis' Prozess setzt hier auf Magnesiumoxid, die Reaktion wird durch Hinzugabe und Wegnahme von Natriumionen beschleunigt. "Ohne Natrium müsste die Wärmeentwicklung bei deutlich über 1000 Grad Celsius liegen, damit das funktioniert", sagt Davis. Mit Natrium arbeite die Reaktion bereits bei 850 Grad Celsius.

Bis zu einer Kommerzialisierung des Caltech-Verfahrens dürfte aber noch einige Zeit ins Land gehen. Die derzeit notwendigen Temperaturen sind noch mehrere Hundert Grad höher als diejenigen, die in Dampfturbinen von Kohle- oder Atomkraftwerken herrschen. Um diese Temperaturen ohne Verwendung fossiler Brennstoffe zu erreichen, müssten Alternativen gefunden werden. Die wohl beste Methode wären Solaröfen, bei denen das Sonnenlicht über komplexe Spiegel konzentriert wird. Die bei aktuellen Solarthermiekraftwerken genutzte Parabolrinnen-Technik ist aber noch nicht heiß genug. Alternativ könnte man auch Hochtemperatur-Atomreaktoren nutzen, die aber wiederum ihre eigenen Sicherheits- und Umweltprobleme mit sich bringen.

Davis und sein Team müssen außerdem noch nachweisen, dass der Prozess sich beliebig wiederholen lässt. Momentan ist eine Wiederverwendung des Materials bis zu fünf Mal möglich. "Außerhalb des Experiments müsste die Technik aber Tausende von Zyklen überstehen." Da Davis solche Langzeittests nicht in seinem eigenen Labor durchführen kann, braucht er Kooperationspartner. "Wir haben ein gutes Gefühl dabei, dass das Verfahrens Potenzial für viele Zyklen hat. Bevor wir es ausprobiert haben, wissen wir es aber schlicht noch nicht." Den chemischen Teil aber habe man bewiesen.

Arbeiten wollen Davis und seine Kollegen außerdem am Gesamtoutput des Systems. So könnte man Materialien einsetzen, die eine größere Reaktionsoberfläche bieten. Auch der Temperaturbereich sollte sich noch senken lassen, glauben die Forscher. Endziel ist es, das System mit Abwärme aus Kraftwerken oder Metallverarbeitungsbetrieben anzutreiben. "Der Anfang ist gemacht, aber je tiefer die Temperaturen sein müssen, desto besser." (bsc)