Informationen zum Wasserstoff

Auf unserem Planeten ist Wasserstoff in beinahe unbegrenzten Mengen vorhanden, allerdings so gut wie immer in chemischen Verbindungen (z.B. in Wasser).

Wasserstoff ein Energieträger und keine Energiequelle. Mit der Hilfe dieses Energieträgers kann man Energie optimal transportieren und speichern. Um die Energieerzeugung mittels Wasserstoff umweltfreundlich zu gestalten, müssen wir den Wasserstoff mit regenerativen Energiequellen erzeugen.

Erzeugung

Die Wasser-Elektrolyse und das Reformierungsverfahren sind die am weitesten entwickelten Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff. Die wichtigsten Herstellungsverfahren sind:

- Wasser-Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff
Bei dem Elektrolyse-Verfahren wird Wasser (H2O) mit einer Flüssigkeit versetzt, die den Ionentransport möglich macht. Das Wasser wird unter Einsatz von Strom in die Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Dabei wird die elektrische in chemische Energie umgewandelt und im Wasserstoff gespeichert. Die Brennstoffzelle kann dieses Prinzip umgekehrt nutzten, um die zuvor chemisch im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in elektrische zurückzugewinnen.

- Reformierungsverfahren

Der größte Teil der momentanen Wasserstoffproduktion entsteht in der Industrie und zwar als Nebenprodukt in chemischen Prozessen und wird in den meisten Fällen auch dort wieder verbraucht. Im industriellen Bereich wird Wasserstoff im Moment meist durch Reformierung von Erdgas erzeugt. Auch leichte Kohlenwasserstoffe aus anderen Quellen sind nutzbar, wie z.B. Biogase, Kohle, Benzin oder Methanol. In den unterschiedlichen Reformierungsverfahren wird den aus Kohlen-Wasserstoffen-Ketten bestehenden fossilen Energieträgern in mehreren Schritten der Wasserstoff entzogen. Stickoxide, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid entstehen hier als Nebenprodukte.

Speicherung

Wie wir bereits gelernt haben dient Wasserstoff hier als Energieträger und dieser lässt sich relativ leicht transportieren. Wasserstoff kann extrem verdichtet unter hohem Druck oder in flüssiger Form gespeichert werden. Es gibt ganz unterschiedliche Ausführungen von Druckspeichern, angefangen bei 10 Liter Gasflaschen bis zu Großspeichern mit 100.000 Kubikmetern. Für Brennstoffzellen-Pkw´s  sind Tankdrücke von 700 bar in der Erprobung. Grundsätzlich gibt es 3 Speichermöglichkeiten, nämlich gasförmig in Druckbehältern, flüssig in vakuumisolierten Behältern und als Einlagerung in Metallen auf molekularer Ebene. Weiter Speicherungsmöglichkeiten sind im Entwicklungsstand.

Wasserstoffwirtschaft

Wasserstoff ist ein äußerst wichtiges Industrieprodukt. Wasserstoff ist Grundelement bei der Synthese von Ammoniak, sowie bei der Raffinierung von Mineralöl, bei der Synthese von Methanol und bei vielen metallurgischen Fertigungsprozessen.

Wasserstoff könnte in Verbindung mit der Brennstoffzellentechnik einige Märkte unseres Wirtschaftssystems revolutionieren.  Dazu zählen u.a. die Heiztechnik, Automobil- und Schiffsindustrie, portable Stromversorgung für Elektrogeräte und Camping und die Anwendung in Kleinkraftwerken.

Wenngleich große Vorteile des Wasserstoffs als Energieträger in seiner Speicherbarkeit und Transportfähigkeit liegen, sind dennoch einige Probleme zu lösen. Das Hauptaugenmerk liegt darin, dass bei der Herstellung des H2 (Wasserstoff) aus fossilen Energieträgern Kohlenmonoxid bzw. Kohlendioxid, also Treibhausgase entstehen. Ein weiterer Punkt ist die flächendeckende Versorgung. Im Gebäudebereich wäre das Gasnetz nutzbar, in anderen Bereichen würde man wohl nicht um ein globales Wasserstofftankstellennetz drum herum kommen. Die Lebensdauer ist ein weiterer Punkt.

Wer war zuerst Huhn oder Ei? Was soll man zuerst einführen - Tankstallen oder die Brennstoffzellen-Autos. Hier hängt wirklich eines am Anderen und so werden wohl noch ein paar Jahre ins Land gehen, bis es entscheidende Veränderungen geben wird!

Erklärung zu den Brennstoffzellen-Typen

PAFC

-MCFC bedeutet Phosphor Acid Fuel Cell -Die Phosphorsaure Brennstoffzelle.

-Der Verwendete Elektrolyt: konz. H₃PO₄

-Die Temperatur: 130-220 °C

-Wirkungsgrad:  40 %

-Anodengase: Wasserstoff (Methan) Das Wasserstoff wird über den Prozess der Reformierung gewonnen.

-Einsatzmöglichkeiten: Blockheizkraftwerke und Kleinkraftwerke

-Leistung: 11 MW

Anwendung und Funktion der PAFC

Aus Sicht der Experten ist die PAFC für stationäre Anwendungen zur Strom- und Wärmeerzeugung am besten geeignet. Hier werden Anlagen im Bereich ab 200kW bis hin zum MW - Bereich in Frage kommen.

Schon jetzt werden große Stückzahlen der PAFC gebaut und installiert.

Wie bei den meisten Brennstoffzellentypen trägt auch diese Ihren Namen aufgrund ihres Elektrolyten! Zum Einsatz kommt hier  konzentrierte, fast wasserfreie Phosphorsäure H₃PO₄. Diese arbeitet bei einer Betriebstemperatur von etwa 200 °C und gehört deshalb zu den Mitteltemperatur- Brennstoffzellen. Die PAFC ist mit 11 MW die leistungsstärkste Brennstoffzelle.

Bei der Phosphorsaure Brennstoffzelle können auch flüssige Kohlenwasserstoffe als Brenngase benutzt werden. Meistens wird sie mit Wasserstoff aus reformiertem Erdgas und Luftsauerstoff betrieben.

Die Phosphorsäure wird nicht als Flüssigkeit durch die Zelle gepumpt, wie das bei der AFC der Fall ist, sondern sie wird in einem porösen Kunststoffvlies aufgesaugt und somit zwischen die Elektroden gebracht. Als Elektroden dienen kunststoffgebundene Kohlematerialien, die mit katalytisch aktiven Edelmetallpartikeln (Gold, Platin) belegt sind.

Die Phosphorsaure Brennstoffzelle hat zwar nicht den höchsten Wirkungsgrad, dennoch ist Sie was den Entwicklungsstand angeht die führende aller Brennstoffzellenarten.

Erklärung zu den Brennstoffzellen-Typen

DMFC

DMFC bedeutet Direct Methanol Fuel Cell -Die Direct-Methanol Brennstoffzelle (BSZ)

-Der Verwendete Elektrolyt: Polymermembran

-Die Temperatur: 60-130 °C

-Wirkungsgrad:  40 %

-Anodengase: Methanol