Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
aus Wasser und Schwefelsäure oder Kalilauge (KOH). Die Anode und Kathode leiten
Gleichstrom in den Elektrolyten. Dort zersetzen sie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.
Während die Elektrolyse als eine klimaverträgliche Option zur Wasserstoffherstellung be-
reits heute einen hohen technischen Stand erreicht hat, befinden sich andere alternative
Verfahren noch in der Entwicklung.
Ein Beispiel sind thermochemische Verfahren. Bei Temperaturen oberhalb von 1700 Grad
Celsius zersetzt sich Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff. Für diese Temperaturen
sind aber sehr teure hitzebeständige Anlagen erforderlich. Durch verschiedene gekoppelte
chemische Reaktionen kann die erforderliche Temperatur auf unter 1000 Grad Celsius ab-
gesenkt werden. Diese Temperaturen lassen sich dann beispielsweise durch konzentrieren-
de solarthermische Anlagen erzeugen, was bereits erfolgreich nachgewiesen wurde.
Weitere Verfahren sind die photochemische und die photobiologische Herstellung von
Wasserstoff. Dabei werden spezielle Halbleiter, Algen oder Bioreaktoren verwendet, die
mit Hilfe von Licht Wasser oder Kohlenwasserstoffe zersetzten können. Auch diese Ver-
fahren befinden sich noch im Forschungsstadium. Hauptprobleme sind dabei, langzeitsta-
bile und preisgünstige Anlagen zu entwickeln.
13.2 Methanisierung
Um fossiles Erdgas direkt durch ein erneuerbares Gas ersetzen zu können, muss aus dem
mit regenerativem Strom erzeugten Wasserstoff Methan hergestellt werden
(Abbildung
13.4)
. Methan hat die chemische Formel CH
4
und besteht neben vier Wasserstoffatomen
aus einem Kohlenstoffatom. Als Kohlenstofflieferant kann Kohlendioxid dienen. Dies
kann beispielsweise von fossilen Kraftwerken, Biogasanlagen oder Biomassekraftwerken
stammen. Prinzipiell ist es auch möglich, das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft zu
nutzen. Da hier die Konzentration allerdings sehr gering ist, muss das Kohlendioxid
separiert werden. Hierzu werden verschiedene Technologien entwickelt, die derzeit aber
noch energieaufwändig und teuer sind.
Methanisierung von Wasserstoff
Mit dem nach dem französischen Chemiker Paul Sabatier benannten Sabatier-Prozess lässt
sich Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan umwandeln:
4 H
2
(Wasserstoff) + CO
2
(Kohlendioxid) → CH
4
(Methan) + 2 H
2
O (Wasser)
Dabei ist ein Katalysator auf Basis von Nickel oder Ruthenium erforderlich. Bei der Reak-
tion wird Abwärme frei, die sich ebenfalls nutzen lässt.
