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Die Frage, wie sich unsere Gesellschaft am umweltschonendsten versorgen lässt, dürfte vielen Wissenschaftler:innen schlaflose Nächte bereiten. Denn es ist kein Geheimnis, dass wir langsam aber sicher die Ressourcen dieses Planeten aufbrauchen – und ihm dabei durch den Ausstoß von Emissionen noch zusätzlich belasten.
Eine Möglichkeit, uns Menschen mit Energie zu versorgen, ist Wasserstoff. Der vielversprechende Brennstoff kann aus erneuerbaren Energien hergestellt werden und bietet zehnmal mehr Energie als Erdgas. Bisher galt als großer Nachteil: Die Herstellung von Wasserstoff ist extrem teuer. Nun wollen Forscher:innen einen Weg gefunden haben, Wasserstoff günstig herzustellen.
Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses und leichtes Gas, das aus zwei Wasserstoffatomen besteht, erklärt Vattenfall. Gebunden mit einem Sauerstoffatom entsteht aus dem Gas Wasser. Wasserstoffbrückenbindungen seien mitunter die stabilsten chemischen Verbindungen, die in der Natur vorkommen. Wird diese Bindung aufgebrochen, setzt das viel Energie frei. Das mache den Stoff zu einem idealen Energieträger, heißt es in der Erläuterung von Vattenfall weiter.
Allerdings nimmt Wasserstoffgas viel Platz ein und lässt sich nur unter hohem Energieaufwand verflüssigen und damit verdichten. Das gestaltet die Speicherung und den Transport daher sehr aufwendig, heißt es im Wissenschaftsmagazin "Scinexx".
Um den Transport möglich zu machen, wurde Wasserstoff unter anderem in Ammoniak umgewandelt. Ammoniak im Nachgang wieder zu Wasserstoff zu machen, ist jedoch mit einem großen Aufwand verbunden: Es benötigt Temperaturen von über 300 Grad und damit einen hohen Energieaufwand.
Ein Forschungsteam um Laura Nousch vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS und hat nun eine mögliche Lösung für dieses Problem gefunden. Sie haben ein elektrochemisches System entwickelt, das Strom aus Ammoniak erzeugen kann – durch eine Kopplung der Ammoniakspaltung mit einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, erklärt "Scinexx".
Vorher gab es für dieses Verfahren zwei Anlagen: Erst wurde Ammoniak wieder in Wasserstoff und Stickstoff aufgespalten, in der zweiten Anlage wurde dann der Strom gewonnen. Das machte das Verfahren teuer und aufwendig. Nun ist beides in einer Brennstoffzelle möglich.
Das bedeutet Folgendes: Um Ammoniak wieder in Wasserstoff umzuwandeln, wird der Stoff bei mindestens 300 Grad Celsius in seine Bestandteile Stickstoff und Wasserstoff gespalten. Der unschädliche Stickstoff wird daraufhin an die Atmosphäre abgegeben. Der Wasserstoff wird in der Brennstoffzelle gespalten und erzeugt dabei Strom.
Bei diesen Prozessen entsteht viel Wärme. Die Forscher:innen nutzen diese in ihrer neuen Entwicklung gleich doppelt: Zum einen, um die hohen Temperaturen in der Brennstoffzelle zu erhalten und zum anderen als Abwärme, die beispielsweise für Gebäudeheizungen genutzt werden kann.
Durch diesen Wärmekreislauf erreicht das System insgesamt einen Wirkungsgrad von 60 Prozent, heißt es in einer Pressemitteilung des Fraunhofer-Institutes zum neuen System. Damit sei es genauso effizient wie erdgasbasierte Verfahren, wie das Team berichtet.
