So genannter „grüner Wasserstoff“ wird als klimafreundliche Lösung für unseren Bedarf an Energie gesehen. Im Bundestag haben die Grünen jetzt erneut eine „Grüne Wasserstoffstrategie“ gefordert. Man solle dem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien eine wirtschaftliche Perspektive geben. Dafür soll Strom aus Erneuerbaren, der bei Netzengpässen nicht genutzt wird, an Betreiber von Wasserstoff-Anlagen und andere Spontan-Nutzer kostengünstig abgegeben werden.
Grüner Wasserstoff und die intelligente Verknüpfung von Sektoren würden in der Energiewelt von morgen eine wichtige Rolle spielen, argumentiert die Partei. Auch die Folgen der Corona-Krise verlangten nach einem weitsichtigen Investitions- und Konjunkturprogramm, das akutes Krisenmanagement mit einer cleveren Neuausrichtung der heimischen Industrie verbindet.
Strom aus Sonne, Wind- und Wasserkraft oder Biomasse in dem Gas zu speichern, klingt aber einfacher, als es ist. „Noch fehlt die Infrastruktur, um es auch als Flüssigkeit ungefährlich in großem Maßstab über einen langen Zeitraum zu speichern, über weite Strecken zu transportieren und zu verteilen“, heißt es beim Bundeswirtschaftsministerium. Im Forschungsprojekt „Metha-Cycle“ des Zentrums für Brennstoffzellentechnik (ZBT) in Duisburg, das Ende März auslief, sollte deshalb ein weitgehend geschlossener Kreislauf entwickelt werden.
Methanol als Wasserstoff-Speicher
Das Entwicklerteam nutzt laut Ministerium ein bewährtes Prinzip: die Umwandlung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Methanol mit Hilfe eines Katalysators. Erstmals werden dabei Strom aus Windenergie, Elektrolyse, also die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, und die künstliche Herstellung von Methanol direkt miteinander verbunden. Das Ministerium betont: „Die auch als Methylalkohol bekannte Flüssigkeit muss nicht wie Wasserstoff unter speziellen Bedingungen gelagert werden.“
In Methanol gebunden könnte die grüne Alternative also sicher über schon existierende Infrastruktur für Benzin oder Diesel transportiert oder über längere Zeiträume gespeichert werden. Wird die so gespeicherte Energie wieder benötigt, kann aus dem Methanol in einem zweiten Schritt Wasserstoff gewonnen und wieder in Strom umgewandelt werden. Nach Untersuchungen des ZBT-Forschungsteams könnte mit der Metha-Cycle-Technologie ähnlich viel Energie nutzbar gemacht werden, wie mit reinem Wasserstoff.
Die Idee, dafür Methanol als Energieträger zu verwenden, ist nicht neu. Die Flüssigkeit aus der Stoffgruppe der Alkohole gehört mit 70 Millionen Tonnen Jahresproduktion zu den meisthergestellten organischen Chemikalien. „Bei Metha-Cycle kommt der Ausgangsstoff für das Methanol, das Kohlenstoffdioxid, aus Abgasen der Industrie oder aus Biogasanlagen. So wird bei der Methanol-Herstellung kein zusätzliches CO2 freigesetzt, im Gegenteil, CO2 wird aus diesen Abgasen entnommen und gebunden“, erklärt Marco Haumann von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Normalerweise kommt der Grundstoff aus fossilen Grundstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas.
Container-Lösung für Bauernhöfe
Der Wasserstoff wird mit Elektrolyseuren erzeugt. Das sind Anlagen, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Sie sind elektrisch mit Windenergieanlagen gekoppelt. Künftig könnte das alternative Gas auch aus Bioenergieanlagen kommen. Mit einem speziell für Metha-Cycle entwickelten Niedrigtemperatur-Katalysator wird das Methanol wieder in Wasserstoff und CO2 aufgespalten. Ein solcher Katalysator benötigt eine geringere Temperatur und weniger Energie als herkömmliche Modelle. In einem speziell für Metha-Cycle entwickelten Brennstoffzellen-System wird der Energieträger schließlich wieder in elektrische Energie umgewandelt. „Das Kohlendioxid dient somit als Transportmedium für den Wasserstoff und kann bei Bedarf auch beliebig oft recycelt werden“, erklärt Henrik Junge, Koordinator des Metha-Cycle-Projekts.
Mit dem Testlauf seines Demonstrators zeigte sich das Forscherteam Ende 2019 zufrieden. Er sei sehr energieeffizient, denn die Forscher nutzen die Wärmeenergie, die bei der Umwandlung von Wasserstoff in elektrischen Strom in der Brennstoffzelle entsteht, um das Gas zu erzeugen. Der dafür installierte Katalysator habe einen entscheidenden Vorteil: „Unsere Feststoffkatalysatoren arbeiten sehr selektiv und setzen nur geringe Mengen Kohlenmonoxid frei“, so Haumann: „Dadurch wird die Brennstoffzelle geschont und ihre Lebensdauer verlängert.“
Eine Chance für die neue Technologie: „Als Container-Lösung könnte unser System beispielsweise auf Bauernhöfen oder in kleineren Betrieben eingesetzt werden, die großflächig Photovoltaik- oder Windenergieanlagen auf ihrem Grundstück betreiben“, erklärt Haumann: „Wird mehr Strom erzeugt als benötigt, lässt sich diese Energie in Form von Methanol in großen Tanks speichern und kann bei Bedarf wieder in Strom verwandelt werden.“ Das erhöhe den Eigenverbrauch und senke die Stromkosten. Auch die Verteilnetze würden so entlastet.
Foto: ZBT
