News: Mais im Tank
Zu den erhofften Kraftstoffen der Zukunft zählt auch Wasserstoff, dessen Herstellung momentan aber höchst energieaufwändig und teuer ist. Doch Forscher packen es an, bessere Wege zu finden.
Es gibt viel zu tun, will der Energiedurst der Welt auf einigermaßen umweltfreundlichem und nachhaltigem Wege gestillt werden. Die Nutzung von Kernenergie weckt Sicherheitsbedenken, von der bisher nicht geklärten Endlagerung ausrangierter Brennstäbe ganz zu schweigen; fossile Energieträger sind nur in beschränktem Maße vorhanden und produzieren außerdem bei ihrer Verbrennung Treibhausgase wie Kohlendioxid. Alternative Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser können inzwischen in beachtlichem, aber denn doch nicht ausreichendem Rahmen beitragen.
Wollen wir nicht auf eine ernsthafte Energiekrise zusteuern, gilt es also, weitere Unterstützung zu finden. Große Hoffnung setzen viele Wissenschaftler in Brennstoffzellen, in denen vor allem Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren und dabei elektrische Energie freisetzen. Endprodukt dabei ist Wasser – eine saubere Lösung also, so scheint es. Doch der Haken an der Sache ist die Herstellung des Wasserstoffs: Hierfür wird in der Regel ein Gemisch aus Erdgas und Wasser unter hohem Druck erhitzt, ein Prozess, der seinerseits wieder fossile Brennstoffe verbraucht.
Doch lässt sich Wasserstoff auch auf anderen Wegen gewinnen: aus Zuckern, Stärke oder Alkoholen, die sich aus Pflanzen – also nachwachsenden Rohstoffen – gewinnen lassen. Die Methoden sind allerdings bisher weder kostengünstig noch sonderlich einfach und daher für den großtechnischen Einsatz kaum geeignet.
Ganz anders präsentiert sich dagegen das Verfahren, welches Lanny Schmidt von der University of Minnesota und Xenophon Verykios von der griechischen University of Patras mit ihren Kollegen entwickelt haben. Mit einem schlichten Einspritzer, der normale Automotoren mit der richtigen Dosis Sprit versorgt, schicken die Forscher ein Ethanol-Wasser-Gemisch in eine auf 140 Grad Celsius vorgeheizte Kammer, wo es verdunstet und sich mit Luftsauerstoff mischt. Von dort aus passiert die Mischung einen porösen Katalysatorpfropfen auf Rhodium-Ceroxid-Basis, die es – wie von Zauberhand verwandelt – als Wasserstoff, Kohlendioxid und einigen weiteren Kohlenwasserstoffen wieder verlässt. Das Ganze läuft in wenigen Millisekunden ab, und dabei heizt sich das System selbst derart gründlich ein, dass die nötige Betriebstemperatur von über 700 Grad Celsius stundenlang problemlos aufrecht erhalten wurde.
Über 95 Prozent des Wasserstoffs im Ethanol, so berichten die Forscher stolz, konnten sie auf diese Weise in Wasserstoffgas verwandeln. Und sie sind höchst optimistisch, dass sie mit weiteren Stellschrauben die Effizienz noch weiter verbessern können. Im Vergleich zur direkten Verbrennung von Alkohol schneidet das Verfahren auf jeden Fall besser ab: Während bei ersterem die Effizienz etwa zwanzig Prozent beträgt, liegt sie bei einer Brennstoffzelle dreimal so hoch. Und dabei muss noch berücksichtigt werden, dass bei der direkten Verbrennung eine große Menge Energie dafür verloren geht, den Treibstoff möglichst wasserfrei zu bekommen – ein Problem, das bei dem neuen Verfahren gar nicht besteht. Ganz abgesehen davon wäre die entsprechende Anlage so klein, dass sie womöglich sogar in Autos direkt eingebaut werden könnte – es wären also keine Wasserstoff-Tankstellen nötig, sondern nur Zapfsäulen mit Alkohol, der sich wesentlicher besser lagern lässt.
Allerdings müssen die Wissenschaftler dafür erst noch ein Problem in den Griff bekommen, das den Einsatz in Kraftfahrzeugen momentan noch unmöglich macht: Bei dem Prozess entsteht sehr viel Kohlenmonoxid – und das ist für die derzeit in der Automobilindustrie erprobten Brennstoffzellen pures Gift. Die Forscher konnten aber durch eine nachgeschaltete zweite Kammer mit niedrigeren Temperaturen und einer längeren Verweilzeit den Ausstoß an CO senken. Vielleicht gelingt es ihnen also, diese Qualitätsanforderungen durch weitere Verbesserungen zu erreichen.
Ein zweiter Kritikpunkt liegt in den Kosten für den verwendeten Katalysator, wie Gabor Somorjai von der University of California in Berkeley betont: "Rhodium ist der teuerste Katalysator, den man überhaupt herstellen kann." Dafür aber, so ergänzt er erfreut, produziere das neue Verfahren keinen Ruß oder andere komplexe Verbindungen, welche den Katalysator schädigen oder verstopfen könnten.
Und ein letztes Problem bleibt: Woher soll all das Ethanol kommen, um den Energiedurst zu stillen? Zwar werden allein in den USA jährlich Milliarden Liter Ethanol als Treibstoffzusatz hergestellt, doch reichte das bei weitem nicht aus. Und quadratkilometergroße Mais-Monokulturen zur Deckung der Ethanol-Herstellung wären nun auch nicht im Sinne der Erfinder. Es gibt also immer noch viel zu tun, aber: Ein weiterer Schritt ist getan.
Wollen wir nicht auf eine ernsthafte Energiekrise zusteuern, gilt es also, weitere Unterstützung zu finden. Große Hoffnung setzen viele Wissenschaftler in Brennstoffzellen, in denen vor allem Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren und dabei elektrische Energie freisetzen. Endprodukt dabei ist Wasser – eine saubere Lösung also, so scheint es. Doch der Haken an der Sache ist die Herstellung des Wasserstoffs: Hierfür wird in der Regel ein Gemisch aus Erdgas und Wasser unter hohem Druck erhitzt, ein Prozess, der seinerseits wieder fossile Brennstoffe verbraucht.
Doch lässt sich Wasserstoff auch auf anderen Wegen gewinnen: aus Zuckern, Stärke oder Alkoholen, die sich aus Pflanzen – also nachwachsenden Rohstoffen – gewinnen lassen. Die Methoden sind allerdings bisher weder kostengünstig noch sonderlich einfach und daher für den großtechnischen Einsatz kaum geeignet.
Ganz anders präsentiert sich dagegen das Verfahren, welches Lanny Schmidt von der University of Minnesota und Xenophon Verykios von der griechischen University of Patras mit ihren Kollegen entwickelt haben. Mit einem schlichten Einspritzer, der normale Automotoren mit der richtigen Dosis Sprit versorgt, schicken die Forscher ein Ethanol-Wasser-Gemisch in eine auf 140 Grad Celsius vorgeheizte Kammer, wo es verdunstet und sich mit Luftsauerstoff mischt. Von dort aus passiert die Mischung einen porösen Katalysatorpfropfen auf Rhodium-Ceroxid-Basis, die es – wie von Zauberhand verwandelt – als Wasserstoff, Kohlendioxid und einigen weiteren Kohlenwasserstoffen wieder verlässt. Das Ganze läuft in wenigen Millisekunden ab, und dabei heizt sich das System selbst derart gründlich ein, dass die nötige Betriebstemperatur von über 700 Grad Celsius stundenlang problemlos aufrecht erhalten wurde.
Über 95 Prozent des Wasserstoffs im Ethanol, so berichten die Forscher stolz, konnten sie auf diese Weise in Wasserstoffgas verwandeln. Und sie sind höchst optimistisch, dass sie mit weiteren Stellschrauben die Effizienz noch weiter verbessern können. Im Vergleich zur direkten Verbrennung von Alkohol schneidet das Verfahren auf jeden Fall besser ab: Während bei ersterem die Effizienz etwa zwanzig Prozent beträgt, liegt sie bei einer Brennstoffzelle dreimal so hoch. Und dabei muss noch berücksichtigt werden, dass bei der direkten Verbrennung eine große Menge Energie dafür verloren geht, den Treibstoff möglichst wasserfrei zu bekommen – ein Problem, das bei dem neuen Verfahren gar nicht besteht. Ganz abgesehen davon wäre die entsprechende Anlage so klein, dass sie womöglich sogar in Autos direkt eingebaut werden könnte – es wären also keine Wasserstoff-Tankstellen nötig, sondern nur Zapfsäulen mit Alkohol, der sich wesentlicher besser lagern lässt.
Allerdings müssen die Wissenschaftler dafür erst noch ein Problem in den Griff bekommen, das den Einsatz in Kraftfahrzeugen momentan noch unmöglich macht: Bei dem Prozess entsteht sehr viel Kohlenmonoxid – und das ist für die derzeit in der Automobilindustrie erprobten Brennstoffzellen pures Gift. Die Forscher konnten aber durch eine nachgeschaltete zweite Kammer mit niedrigeren Temperaturen und einer längeren Verweilzeit den Ausstoß an CO senken. Vielleicht gelingt es ihnen also, diese Qualitätsanforderungen durch weitere Verbesserungen zu erreichen.
Ein zweiter Kritikpunkt liegt in den Kosten für den verwendeten Katalysator, wie Gabor Somorjai von der University of California in Berkeley betont: "Rhodium ist der teuerste Katalysator, den man überhaupt herstellen kann." Dafür aber, so ergänzt er erfreut, produziere das neue Verfahren keinen Ruß oder andere komplexe Verbindungen, welche den Katalysator schädigen oder verstopfen könnten.
Und ein letztes Problem bleibt: Woher soll all das Ethanol kommen, um den Energiedurst zu stillen? Zwar werden allein in den USA jährlich Milliarden Liter Ethanol als Treibstoffzusatz hergestellt, doch reichte das bei weitem nicht aus. Und quadratkilometergroße Mais-Monokulturen zur Deckung der Ethanol-Herstellung wären nun auch nicht im Sinne der Erfinder. Es gibt also immer noch viel zu tun, aber: Ein weiterer Schritt ist getan.
Schreiben Sie uns!