Kuhmist macht Wasserstoff-Gewinnung effizienter
Wasserstoff ist vor allem für große Fahrzeuge und Flugzeuge ein vielversprechender Treibstoff der Verkehrswende. Doch derzeit ist seine Produktion noch energieaufwändig und meist nicht grün. Das bedeutet, es entstehen Emissionen, da Energie verbraucht wird, die nicht zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen stammt. Nachhaltig ist der Wasserstoff daher noch nicht.
Das wollen Forscher*innen weltweit ändern. An der University of Illinois Chicago in den USA wurde eine verbesserte Methode zur Wasserstoffherstellung entwickelt, die den Energiebedarf gegenüber herkömmlichen Vorgehensweisen deutlich verringern soll.
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Die "Farben" des Wasserstoffs
Je nachdem, woher die Energie zur Herstellung des Wasserstoffs herkommt, erhält er im Sprachgebrauch eine andere "Farbe". Das sind die wichtigsten:
- "Grün" bedeutet, dass der Wasserstoff aus erneuerbaren, sauberen Energien, wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft, durch Elektrolyse produziert wird
- Als "Grau" gilt jener, der aus Erdgas (Methan) hergestellt wird. CO2 ist ein Nebenprodukt dieses Vorgangs
- Eine Abstufung ist der "blaue" Wasserstoff. Hier wird das CO2 nicht in die Atmosphäre abgegeben, sondern mittels Carbon Capture and Storage-Technik (CCS) gespeichert und unterirdisch gelagert
- "Türkiser" Wasserstoff entsteht bei der sogenannten Methanpyrolyse. Ausgangsstoff ist ebenso Methan, bei der Herstellung entsteht aber fester Kohlenstoff (Kohle), der gelagert oder weiterverarbeitet werden kann
- "Schwarzer" Wasserstoff wird aus Kohlekraft gewonnen, "roter" Wasserstoff aus Atomkraft und „gelber“ aus dem Strommix des öffentlichen Netzes
Die Elektrolyse wird noch recht selten zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser eingesetzt. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. Dafür ist eine große Menge elektrischer Strom nötig. Bei industrieller Wasserstoffherstellung stammt dieser meist aus fossilen Quellen, ist also nicht nachhaltig.
Biokohle verringert Energiebedarf
Die Forscher*innen fügten dem Prozess ein Produkt namens „Biochar“, also Biokohle, zu. Sie ist kohlenstoffreich und besteht zum Beispiel aus landwirtschaftlichem Abfall. Unter verschiedenen Abfall-Proben aus Zuckerrohr, Hanf, Papier und Kuhmist konnte sich letzterer als besonders effizient hervortun. Gemischt mit Schwefelsäure entsteht eine schlammige Substanz, die in die Elektrolysekammer gegeben wird.
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Sie sorgt dafür, dass der benötigte elektrische Strom von bisher durchschnittlich 1,23 Volt auf bis zu 0,21 Volt reduziert werden konnte. Die Reaktion konnte so etwa mit nur einer einzigen Silikon-Solarzelle mit 0.5 Volt Spannung und einer Stromstärke von 15 mA durchgeführt werden.
Kuhmist produziert CO2
Der Wirkungsgrad liegt derzeit noch bei 4,8 Prozent, allerdings wurde eine Solarzelle verwendet, deren Effizienz nur bei 15 Prozent liegt. Wie Studienleiter Meenesh Singh auf LinkedIn schreibt, entspricht das einer 6-fachen Steigerung der Wasserstoffproduktion gegenüber herkömmlicher Wasserelektrolyse. In der Studie erwähnen die Forscher*innen auch eine Effizienz von 35 Prozent, allerdings ist das nur ein errechneter Wert unter der Annahme, man produziere auch Sauerstoff, wie bei herkömmlichen Verfahren.
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Durch die Zugabe der kohlenstoffreichen Biokohle wird aber kein Sauerstoff produziert. Stattdessen wird er gebunden und es entsteht CO2. Damit ist der Prozess noch nicht vollständig nachhaltig, denn dafür müsste das CO2 eingefangen werden. Das könnte dann in reiner Form für kohlensäurehaltige Getränke verwendet werden. Oder man produziert daraus Chemikalien wie Ethylen für die Plastikherstellung, schreiben die Forscher*innen in einem Statement.
Neue Einnahmequellen für Landwirt*innen
Sie sehen Potenzial für den Einsatz des Verfahrens in der Landwirtschaft. Der Prozess sei günstig und könnte es Bauern und Bäuerinnen ermöglichen, ihren eigenen Wasserstoff zu produzieren und damit autark zu werden bzw. neue Einkommensmöglichkeiten zu erschließen.
Das Bio-Tech-Unternehmen Orochem Technologies hat die Studie finanziert und Patent für die Verfahren für die Biokohle- und Wasserstoffherstellung angemeldet. Die Forscher*innen wollen sie jetzt in größerem Umfang testen. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachmagazin Cell Reports Physical Science veröffentlicht.