Wirtschaft : Die große Spaltung

Wasserstoff ist ein idealer Energiespeicher - aber wie bringt man Mikroben dazu, es zu produzieren?

Thomas de Padova

Die energetische Vielfalt nimmt zu. Stärker als heute wird sich die Energieversorgung in Zukunft an regionalen Umweltbedingungen orientieren: an Sonnenschein und Windverhältnissen, den Gezeitenkräften oder der vorhandenen Erdwärme. Deshalb wird beispielsweise Windenergie, die in Deutschland wirtschaftlich genutzt werden kann, in sonnenreichen Regionen nur eine untergeordnete Rolle spielen. Die einmal aus diesen Quellen gewonnene Energie kann dann in Form von Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Wasserstoff ist als Energieträger nahezu ideal. Er ist im Wasser unbegrenzt vorhanden, verbrennt sauber und effizient. In der Energiewirtschaft der Zukunft kommt ihm daher eine zentrale Rolle zu.

BRENNSTOFFZELLE

Eine Brennstoffzelle wandelt die im Wasserstoff gespeicherte chemische Energie in Strom um. Der Wasserstoff reagiert darin mit Sauerstoff – das einzige „Abfallprodukt“ ist Wasser. Aus dem Chemieunterricht ist bekannt, dass die entstehende Energie explosionsartig frei wird. In der Brennstoffzelle reagieren die beiden Stoffe dagegen ohne Knalleffekt und erst nach einigen Zwischenschritten miteinander. Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen gibt es seit Jahrzehnten in der Raumfahrt, inzwischen aber auch für Kleinkraftwerke oder fürs Auto.

SOLARENERGIE

Der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft ist langwierig. Wasserstoff muss erst einmal aus Wasser gewonnen werden – das kostet zunächst Energie. Energie, die man auch anders, direkter nutzen könnte. Neben Wasserkraftwerken, großen Windparks vor der Küste oder Gezeitenkraftwerken kommen vor allem Solarkraftwerke für eine klimafreundliche Wasserstoff-Herstellung in Frage. Solche Kraftwerke könnten etwa im sonnenbeschienenen Norden Afrikas stehen. In einem Solarkraftwerk wird das mit Spiegeln eingefangene Sonnenlicht genutzt, um Wasser zu verdampfen. Der Dampf treibt eine Turbine an, die Strom produziert. Damit kann die regionale Energieversorgung gedeckt werden. Möglich ist aber auch, damit Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten und so Wasserstoff für den Export zu gewinnen.

METHANOL

Der Weg hin zur Wasserstoffwirtschaft ist auch in kleineren Schritten möglich: über Brennstoffzellen, die mit Methanol statt mit Wasserstoff als Brennstoff arbeiten. Methanol enthält Wasserstoff, aber auch Kohlenstoff. Es kann aus Pflanzen gewonnen werden. Bei der Verbrennung von Methanol gelangt gerade so viel Kohlendioxid zurück in die Luft, wie die Pflanze zuvor während ihres Lebens aufgenommen hat. Ein Zyklus also, der die Atmosphäre nicht zusätzlich belasten würde.

KERNENERGIE

Auch Kernkraftwerke kommen als mögliche Wasserstoff-Produzenten in Frage. Anders als Deutschland setzen Frankreich, Japan, China oder die USA auf den weiteren Ausbau der Kernenergie. Derzeit treffen sie Vorbereitungen für den Bau eines neuen Reaktortyps, in dem die Kernreaktionen nicht mehr bei niedrigen, sondern bei sehr hohen Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius ablaufen. Bei solcher Hitze könnte ein Kernkraftwerk gleichzeitig Strom und Wasserstoff herstellen. Ein Vorläufertyp in Japan erreichte im April erstmals die Temperatur von 950 Grad. Die USA wollen bis Mitte des kommenden Jahrzehnts in Idaho für mehr als eine Milliarde Dollar einen Prototypen des Hochtemperaturreaktors (VHTR) bauen. Der Reaktor müsste mit Heliumgas oder Blei gekühlt werden und nicht wie bisher mit Wasser.

BAKTERIEN

Forscher haben inzwischen auch Bakterien dazu gebracht, Wasserstoff in größeren Mengen zu erzeugen. Etwa Mikroben der Spezies Chlamydomonas reinhardtii. Im Labor des Biologen Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum produzieren vier Liter Algenkultur neuerdings einen Liter Wasserstoff pro Tag. Es ist denkbar, dass sich die Mikroorganismen eines Tages großtechnisch zur Wasserstoffherstellung nutzen lassen. Oder wenigstens jene Substanzen (Enzyme), die diese Bakterien zur Wasserstoffherstellung einsetzen.

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