Biowasserstoff

Im Allgemeinen versteht man unter Biowasserstoff den aus oder mittels Biomasse gewonnenen Wasserstoff. Nicht als Biowasserstoff wird Wasserstoff bezeichnet, der elektrolytisch mittels elektrischem Strom gewonnen wird, der seinerseits aus Biomasse hergestellt wurde.

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Herstellung in kleinen Mengen

Für die biologische Wasserstoffgewinnung kommen prinzipiell vier 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.

Herstellung in industriellen Größenordnungen

• Zur Herstellung von Wasserstoff aus Biomasse in industriellen Größenordnungen dient das Dampfreformierungsverfahren: Grasschnitt und sonstige pflanzliche Substanzen werden innerhalb eines Dampfreformers hoch temperiertem Dampf ausgesetzt. Dabei entstehen im Wesentlichen Wasserstoff, Kohlendioxid und Mineral-Asche. Fein-optimierte Biowasserstofferzeugungs-Anlagen stehen voraussichtlich In Kürze serienfertigungsreif zur Verfügung.

Vorteile

• Der in dieser Weise industriell erzeugte Wasserstoff kann in das bestehende Gasleitungsnetz eingespeist werden. Das früher verwendete Stadtgas bestand ungefähr zur Hälfte aus Wasserstoff. Die Verwendung des Bio-Wasserstoffs an den Endverbrauchs-Stellen erfolgt wegen des guten Wirkungsgrads am besten innerhalb der zu beheizenden Gebäude mit Brennstoffzellen-BHKWs. Diese erzeugen Abwärme zu Heizzwecken und gleichzeitig elektrischen Strom. Auch nach der Umstellung der Gasversorgung auf Wasserstoff können die noch funktionsfähigen installierten Gasgeräte (nach einer kleinen Ventilanpassung) weiter verwendet werden. Auch die schon im Rahmen einer KWK installierten Verbrennungsmotoren können nach Ventilumrüstung auf Wasserstoffbetrieb weiter Verwendung finden. Sobald preiswerte Brennstoffzellen, die ohne jegliche bewegliche Teile Strom und Wärme erzeugen, zur Verfügung stehen, werden diese zunehmend eingesetzt. Wenn im Sommer keine Heizwärme gebraucht wird, fällt der Wärmeanteil als nicht nutzbare Abwärme an.

• Das bei der Wasserstoffproduktion mit geringem Aufwand separierbare Kohlendioxid kann klima-freundlich in das Erdreich, z. B. in ehemalige Erdgasfelder verpresst oder sonstwie endgelagert werden. Dieses Verfahren ist nicht nur klimaneutral sondern sogar klimaförderlich, da das von den verwerteten Pflanzen zuvor der Atmosphäre entzogene CO₂ nach der Dampfreformierung der Atmosphäre nicht wieder zugeführt wird. Der CO₂-Gehalt der Erdatmosphäre wird also durch die Verwirklichung dieser Art der Energieversorgung effektiv verringert.

• Die anfallende Asche wird als Mineraldünger wieder den Bodenflächen zugeführt, die der Biomasseerzeugung dienen.

• Der Landwirtschaft wird nachhaltig Einkommen gesichert. Die Bereitstellung von Biomasse kann mit der Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln und mit der Pflege von Biotopen kombiniert werden.

• Die Abhängigkeit von Energieimporten in Form von Öl und Erdgas kann nachhaltig verringert werden.

Nachteile und Ungeklärtes

Auch die Gewinnung und der Transport von Biomasse erfordert Energie und belastet die Umwelt. Bei der Energiegewinnung über Photosynthese der Pflanzen und industrielle Dampfreformierung (Steamreforming) der aus den abgeernteten Pflanzen gewonnenen Biomasse ist der dafür erforderliche Aufwand zu kalkulieren und für die Umweltbilanz zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für den für die Dampfreformierung erforderlichen Energieeinsatz.

Dieses Verfahren bringt im Vergleich zu der Energieausbeute von Anlagen der Solarthermie oder Photovoltaik pro Fläche weniger Energie ein. Andererseits ist die Nutzung von Biomasse weniger kapitalintensiv.

Für die energetische Nutzung von Biomasse bestehen unterschiedliche alternative Techniken (z. B. direkte Verbrennung, Biogas, Ethanol, siehe auch Biomasse).

Welche Art der Wasserstoff-Erzeugung langfristig optimal ist, wird sich in den nächsten Jahren erweisen.

Nutzung als 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. Hierzu ist die Wasserstoffspeicherung und der Transport von Wasserstoff gut geeignet, da er den höchsten massebezogenen Energiegehalt mit 142 MJ/kg besitzt. 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 aus Biomasse wird voraussichtlich preisgünstiger sein.

Siehe auch

• Erneuerbare Energien
• Wasserstoffherstellung
• Wasserstoffwirtschaft
• Wasserstoffbioreaktor

Quellen

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