Wasserstoff: Ameisensäure soll als Speicher dienen
Das leichteste aller Elemente ist, wenn es umweltneutral hergestellt wird, ein emissionsfreier Energieträger. Doch sein Transport ist energieaufwändig. Stattdessen soll er von Bakterien in Ameisensäure umgewandelt werden, die keine Probleme macht.
Ameisensäure als Speicher für Wasserstoff.
Foto: Panthermedia.net/fongky
Die nach den Ameisen benannte Säure, die die winzigen Krabbeltiere zu ihrer Selbstverteidigung versprühen, werden möglicherweise eine entscheidende Rolle bei der Energiewende spielen. Sie speichert Wasserstoff, sodass dieser ohne technischen -aufwand transportiert werden kann. Man muss sie weder kühlen noch komprimieren, im Gegensatz zum Wasserstoff selbst. Dieser braucht einen Druck von 800 bar, um einigermaßen wirtschaftlich transportiert werden zu können, oder er muss auf minus 253 Grad Celsius heruntergekühlt werden, um das gleiche Ziel zu erreichen.
Hilfe von Bakterien aus der Tiefsee
Ameisensäure lässt sich aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO2) herstellen, das in Kohlenstoffoxid (CO) umgewandelt werden muss. Der Prozess benötigt sehr viel Energie. Forscher an der Goethe-Universität Frankfurt, der Philips-Universität Marburg und der Universität Basel haben einen eleganteren Weg gefunden. Sie lassen die Natur die Arbeit machen. Ein Team um den Leiter der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik, Professor Volker Müller, setzt Bakterien ein, die in der Tiefsee unter Sauerstoffabschluss leben. Sie ernähren sich von CO2 und bilden, wenn Wasserstoff hinzugefügt wird, Ameisensäure, allerdings nur vorübergehend. Die biologische Prozesskette geht weiter bis hin zu Essig und Ethanol.
Bakterien auf Trab gebracht
Während ersterer energetisch unbrauchbar ist könnte man Ethanol als Benzinzusatz nutzen, doch die Frankfurter Biologen wollten mehr. Sie modifizierten die Bakterien, sodass sie es bei der Produktion von Ameisensäure bewenden lassen, die damit zum Wasserstoffspeicher wird. „Die gemessenen Raten der CO2-Reduktion zu Ameisensäure und zurück sind die höchsten je gemessenen“, sagt Müller. Sie seien um ein Vielfaches größer als bei anderen biologischen oder chemischen Katalysatoren. Die Bakterien benötigten für die Ameisensäure-Produktion auch nicht wie die chemischen Katalysatoren seltene Metalle sowie hohe Temperaturen und Drücke. „Sie erledigen den Job bei 30 Grad Celsius und Normaldruck“, freut sich der Mikrobiologe.
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Leibniz-Forscher steuern einen Katalysator bei
Wenn Ameisensäure in die Energieversorgung der Welt eingebaut werden soll muss sie dort produziert werden, wo Wind- und Sonnenenergie in großen Mengen zur Verfügung steht, etwa in Nordafrika, Nahost, Chile und Australien. Dort würde mit Ökostrom Wasserstoff produziert, von Bakterien unter Zugabe von CO2 aus der Luft in Ameisensäure umgewandelt und zu den Verbrauchern transportiert. Dort könnte sie Wasserstoff und CO2 aufgespalten werden. Das CO2 könnte in die Atmosphäre entweichen, ohne die Bilanz zu verschlechtern, weil es zuvor ja der Luft entzogen worden ist, oder endgelagert und damit der Atmosphäre entzogen werden. Die Aufspaltung könnte beispielsweise mit Hilfe eines preiswerten Katalysators gelingen, den Forscher Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock schon vor einigen Jahren entwickelt haben.
Wasserstoff aus der Bakterien-Batterie
Einen anderen Weg geht Fabian Schwarz, der in Müllers Labor eine Doktorarbeit über einen Bioreaktor geschrieben hat, in dem Bakterien Sauerstoff speichern und ihn bei Bedarf wieder abgeben, sodass er beispielsweise genutzt werden kann, um Heizwärme und warmes Wasser oder Strom zu produzieren. Schwarz hat die Bakterien acht Stunden mit Wasserstoff gefüttert und sie dann während einer 16-stündigen Nachtphase auf eine Wasserstoff-Diät gesetzt. Die Bakterien haben den Wasserstoff daraufhin vollständig wieder freigesetzt. Die in diesem Fall ungewollte Bildung von Essigsäure verhinderte er durch gentechnische Verfahren. „Das System lief zwei Wochen lang ausgesprochen stabil“, so Schwarz.
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