Energie 04.10.2002, 18:22 Uhr

Wasserstoff spielt mit bei neuer Energie

Brennstoffzellen brauchen Wasserstoff, der mit Reformern oder per Elektrolyse hergestellt werden muss. Entwickler planen Systeme, die auf erneuerbaren Energien basieren.

Wasserstoff, das leichteste Element der Erde, ist schwer im Kommen: Ob Auto, Kraftwerk oder Handy, alles kann der universelle Brennstoff versorgen. Man kann ihn in Verbrennungsmotoren einsetzen oder zur Wärmeerzeugung direkt verbrennen. Doch am vielseitigsten ist die Nutzung mit Brennstoffzellen. Sie wandeln Wasserstoff und Sauerstoff sauber, geräuschlos und ohne bewegte Teile mit bis zu 50 % Wirkungsgrad in Strom um, der Rest fällt als nutzbare Wärme an. Das Abfallprodukt ist Wasserdampf.
Kein Wunder, dass Wasserstoff als Energieträger der Zukunft gilt. Der einzige Haken: Wasserstoff kommt in der Natur nur in gebundener Form wie Wasser (H2O) oder Erdgas (besteht überwiegend aus Methan, CH4) vor. Um daraus Wasserstoff zu machen, braucht man Energie. Elektrolyse und Reformierung sind zwei unterschiedliche Verfahren dazu.
„Wasserstoff ist so sauber wie die Energie, mit der er hergestellt wurde“, bringt es Ursula Wittstadt vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ( ISE) in Freiburg auf den Punkt. Sie ist Gruppenleiterin für Elektrolyse, der Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom. Beim Anlegen einer Spannung entsteht an der positiven Elektrode Sauerstoff (O2), an der negativen Elektrode Wasserstoff (H2).
Ursula Wittstadt und ihre Kollegen haben gerade einen Elektrolyseur mit 2 kW Leistung an ein norwegisches Forschungsinstitut geliefert, das die autonome Stromversorgung mit Solarenergie untersucht. „Eine Photovoltaikanlage liefert Strom aus Sonnenlicht. Über einen Elektrolyseur wird daraus Wasserstoff erzeugt, den eine Brennstoffzelle bei Bedarf verstromt.“ Derartige Systeme können Dieselgeneratoren ersetzen und mittelfristig ländliche Gebiete der Dritten Welt elektrifizieren.
Auch mit Wasser- oder Windkraftanlagen kann man über Elektrolyse umweltfreundlich Wasserstoff produzieren. Das ist auch für das Stromnetz in Industrieländern interessant. Die Speicherung von Wasserstoff kann die wetterabhängigen Schwankungen erneuerbarer Energien ausgleichen und für die gewohnte Netzstabilität sorgen. Im Projekt Edison untersuchen das derzeit Industriefirmen und Energieversorger unter Leitung des Fraunhofer ISE.
Reformierung ist eine andere Möglichkeit, um Wasserstoff herzustellen. Dazu Thomas Aicher, Gruppenleiter am Fraunhofer ISE: „Refor-mierung ist ein chemisches Verfahren, das Wasserstoff aus biogenen oder fossilen Brennstoffen erzeugt. Zurzeit konzentriert sich die Forschung auf Benzin, Erdgas oder Methanol, langfristig werden erneuerbare Energieträger wie Holz, Biogas oder Rapsöl wichtig werden.“
Praktisch alle großen Fahrzeughersteller haben Brennstoffzellen-Demonstrationsfahrzeuge entwickelt. In zwei bis drei Jahren könnte es Serienmodelle geben. Da Wasserstoff noch nicht flächendeckend verfügbar ist, wird er an Bord zum Beispiel aus Benzin reformiert. Je nach Typ der Brennstoffzelle muss das Reformergas weiter gereinigt werden. Die häufig eingesetzte Polymermembran-Brennstoffzelle verträgt z.?B. Kohlenmonoxid nur im Millionstel-Bereich (ppm).
Warum bleibt man dann nicht bei Benzinmotoren? „Reformer haben typische Wirkungsgrade zwischen 80 % und 90 %“, erklärt Thomas Aicher. „Zusammen mit der hohen Effizienz von Brennstoffzellen lassen sich höhere Energieausbeuten erreichen. Allerdings liegt der Einsatz von Brennstoffzellen-Reformer-Systemen für Fahrzeugantriebe noch in weiter Zukunft.“
Nicht nur mobil eröffnen Brennstoffzellen neue Horizonte. Als stationäre Minikraftwerke in Häusern, mit Erdgas als Energiequelle, könnten sie die Energieversorgung revolutionieren: Nutzt man bei der Brennstoffzelle auch die Abwärme, dann ist sie ein lautloses Blockheizkraftwerk. In der Größe eines Kühlschranks, das in jeden Haushalt passt, könnte es zur Elementarzelle eines Stromnetzes von Millionen dezentraler Kraftwerke werden. Die Abwärme würde ausreichen, um den Wärmebedarf moderner Niedrigenergiehäuser zu decken. Große Hersteller haben derartige Geräte schon im Feldversuch, ab 2004 soll die erste Serie auf den Markt kommen.
Was kostet das Kleinkraftwerk im Keller? Derzeit rund 20 000 $ pro kW. Marktkenner schätzen, 1500 $/kW wären ein akzeptabler Preis. Den wollen Entwickler bis 2008 erreichen.
Ob autonom oder netzgebunden, ob Elektrolyse oder Reformierung – Wasserstoff und erneuerbare Energien ergänzen sich ideal bei der umweltfreundlichen Energieversorgung einer stark wachsenden Zahl von Menschen.
KLAUS HEIDLER

  • Klaus Heidler

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