Wasserstoff kann endlich vernünftig transportiert und gelagert werden

Wasserstoff macht in unterschiedlich gebundener Form rund 75 % der gesamten Masse, beziehungsweise 93 % aller Atome in unserem Sonnensystem aus. Der größte Anteil irdischen Wasserstoffs kommt in der Verbindung Wasser vor. In dieser Form bedeckt er über zwei Drittel der Erdoberfläche. Die gesamten Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1386 Milliarden km³. Aus Wasser kann Wasserstoff leicht mit Elektrolyse gewonnen werden. Wasserstoff hat allerdings einen sehr gefährlichen Nachteil. Er ist hochendzündlich und vor allem eben auch durch Elektrostatik zündbar. Wir alle kennen die bedrückenden Bilder vom Zeppelinunglück in Lakehurst:





Während das Problem der Wasserstoffherstellung auch und gerade aus alternativen Energiequellen vollständig praktikabel und auch wirtschaftlich vernünftig gelöst ist, bleibt das Problem der Lagerung und des Transportes.

Bei der Wasserstoffspeicherung ergeben sich mehrere Probleme:

An der Luft bildet er hochexplosives Knallgas. Wasserstoff ist in einem sehr weiten Bereich des Mischungsverhältnisses mit dem Sauerstoff der Luft zündfähig (5% bis 85% Anteil). An Ventilen und versprödeten Leitungen und Tanks ausgetretener Wasserstoff kann eine Explosionsgefahr hervorrufen. Dies wird verstärkt bei Lecks aus Pannen. Wegen der gasförmigen Natur des Wasserstoffs ist das Erkennen einer Austrittstelle erschwert.

Wasserstoff hat nur eine geringe spezifische Dichte und daraus resultierend eine niedrige volumenbezogene Energiedichte (ca. 1/3 von Erdgas, aber ca. die dreifache massenbezogene Energiedichte). Dies erfordert zum Speichern äquivalenter Energiemengen einen dreimal so großen Tank oder einen dreimal so hohen Druck wie für Erdgas.

Durch die geringe Molekülgröße und eine niedrige Adsorption diffundiert Wasserstoff relativ gut durch eine Vielzahl von Materialien, sodass eine hohe Qualität der Tankhülle gewährleistet sein muss. Durch hohe Temperaturen und hohen Innendruck wird dieser Prozess begünstigt. Durch Wasserstoffversprödung wird die Tankhülle zusätzlich belastet.

Das Gas Wasserstoff entweicht in auffallenden Mengen aus jedem Tank und jeder Rohrleitung und reichert sich in der Atmosphäre an. Über die globalen Auswirkungen bei verstärkter Verwendung können bisher nur Vermutungen angestellt werden

Natürlich haben wir technische Mittel und Wege die Lagerung und den Transport halbwegs sicher durchzuführen, aber genau wie bei der Kernenergie haben wir das Problem menschlichen Fehlverhaltens, aber schlimmer noch die Gier der Betreiber, die gerne Sicherheit dem momentanen Gewinn opfern. Das ist der Grund weshalb viele Leute einer Wasserstoffwirtschaft mehr als skeptisch gegenüber stehen.

Niemand möchte wirklich Autos die jederzeit explodieren könnten, oder Heizanlagen die kommentarlos in die Luft gehen. Auch Schiffe die mit Wasserstoff beladen einen Hafen anlaufen, sind nicht das, was sich Hafenbetreiber wirklich wünschen.

Natürlich gibt es diverse Speicherverfahren die auf einer Umwandlung oder Anlagerung von Wasserstoff in oder an einen harmloseren Stoff beruhen, aber all diese System brauchten zur Rückgewinnung des Wasserstoffs eine Temperatur zwischen achtzig und zweihundert Grad wie bei Methanol. Dies ist häufig nicht erreichbar, was den Einsatz von Brenstoffzellen im Auto auf die gemäßigten Zonen und Höhenlagen bis 1500 Meter. begrenzt. Außerdem neigen die meisten Stoffe die verwandt werden könnten, dazu den Katalysator der zur erneuten Aufspaltung nötig ist, zu vergiften.

Forscher am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock haben nun einen handelsüblichen Ruthenium-Phosphin-Komplex als Katalysator verwendet, der es ermöglicht bei Zimmertemperatur (26.5 Grad) unter Zugabe von Dimethylhexylamin eine glatte Aufspaltung von Ameisensäure in Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzielen, der lediglich Aktivkohlefilter braucht um den direkten Einsatz von Wasserstoff in der Brennstoffzelle zu ermöglichen.

Dieses Verfahren ist nicht nur genial einfach sondern auch noch fünffach effizienter als bisherige Verfahren und es vergiftet den Katalysator nicht. Die Forscher sind, was auch richtig ist, vorsichtig und reden zunächst einmal von der Stromversorgung für kleinere Mobilgeräte wie Notebook und Handy. Prof. Matthias Beller, Björn Loges, Albert Boddien und Henrik Junge haben auf jeden Fall einen wichtigen Beitrag für eine Wasserstoffwirtschaft geleistet. Der Transport von Ameisensäure ist im Vergleich zu Wasserstoff genial einfach und relativ ungefährlich.

Ameisensäure lässt sich heute leicht aus Natriumhydroxid und Kohlenstoffmonoxid technisch herstellen. Dabei gibt es natürlich einen erheblichen technischen Schönheitsfehler. Natriumhydroxid besteht aus Kochsalz und Wasser. Bei seiner Produktion fällt Clor an und es wird Energie benötigt die nicht aus dem Wassestoffprozess kommen kann um diesen nicht unwirtschaftlich zu machen.

Schlimmer ist jedoch, dass für das Kohlenstoffmonoxid immer noch die Kohlenstoffkomponente gebraucht wird. Diese lässt sich zwar aus nachwachsenden Rohstofen in Form von Biogas oder über die Kohleverflüssigung nach dem Bergius-Pier-Verfahren werden aus Kohle (C) und Wasserstoff (H2) in einer exothermen chemischen Reaktion Kohlenwasserstoffe in der gewünschten Form generiert.

Rechenbar wird dieses ganze System nur, wenn man rund um den Äquator die Sonnenenergie durch Sonnenkraftwerke gwonnen und gleich vor Ort verarbeitet wird. Dabei können Teile der Energie zur Meerwasserentsalzung genutzt werden um das benötigte Natrium zu gewinnen und gleichzeitig die Energie für die Erzeugung von Ameisensäure und die Verarbeitung von Kohle zu erzeugen.

Es macht schon alleine deshalb Sinn, jetzt die notwendige Infrastruktur an Kraftwerken aufzubauen, weil ja auch der mögliche nächste Schritt, die Speicherung von Wasserstoff in Nanowürfeln zunächst einmal den Wasserstoff braucht, der transportiert werden soll.

Deutsche Unternehmen arbeiten deshalb vor allem an Mikrowürfeln aus metallorganischen Verbindungen, die mit einem dichten Netzwerk aus nanometerkleinen Poren durchzogen sind und deshalb eine sehr große Oberfläche besitzen. Die Würfel werden in einfachen chemischen Verfahren aus Zinkoxid und organischen Säuren, beispielsweise Terephthalsäure, hergestellt. Ein Fingerhut der löchrigen Kuben hat die Oberfläche eines Fußballfeldes. Wasserstoffgas lagert sich bei hohem Druck an den Wänden der Poren an und wird dort flüssig. Entspannt man den Druck, lässt sich das Energie spendende Gas aus dem Speichermedium leicht wieder freisetzen.

In den USA wird bei ähnlichen Versuchen mit Nanoröhren aus Kohlenstoff gearbeitet. Welches Trägermaterial und Fertigungsverfahren sich letztendlich schneller in die Praxis umsetzen lässt, muss die Zukunft zeigen. Wir haben auf jeden Fall schon heute allen Grund mit der Wasserstoffwirtschaft zu beginnen, bevor uns die Umstände dazu zwingen.

In diesem Zusammenhang muss auch die Position der deutschen Steinkohle erneut überdacht werden und die Verwendung aller nicht zur Ernährung verwendbaren Biomasse einbezogen werden.