Ohne Wasserstoff kein Leben
Die Zukunft kommt an Wasserstoff nicht vorbei und wir Menschen sowieso nicht. Denn Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Ohne Wasserstoff gäbe es kein Leben. In der Natur kommt Wasserstoff selten in reiner Form vor, sondern meist in Verbindung mit anderen Elementen – wie Sauerstoff zum Beispiel. Aber die reine Form von Wasserstoff (H2) wird benötigt, um die Energie zu speichern, die beispielsweise für klimafreundliche Autos, Züge und in der nachhaltigen Industrie eingesetzt werden soll. Daher muss das energiereiche Element aus einem Stoff gewonnen werden, der Wasserstoff in chemisch gebundener Form enthält – wie beispielsweise Wasser.
Um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, ist zum einen viel Energie nötig und zum anderen eine Anlage, in der diese elektrochemische Reaktion, die Umwandlung, stattfinden kann. Diese Anlage heißt Elektrolyseur. „Dabei gibt es wiederum verschiedene Elektrolyse-Verfahren, wie die Hochtemperatur- oder die PEM-Elektrolyse. Im Forschungszentrum Jülich besteht eine ausgeprägte Forschungshistorie zur Elektrolyse. Die PEM-Elektrolyse ist ein besonders flexibles Verfahren, während die Hochtemperatur-Elektrolyse sehr effizient sein kann“, sagt Bastian Gillessen vom Institut für Energie- und Klimaforschung. Beim PEM-Elektrolyseur wird mit Hilfe von Strom das Wasser aufgespalten. Kommt dieser Strom aus erneuerbaren Energien wie der Solarenergie, dann spricht man auch von „grünem Wasserstoff“, da keine fossilen Brennstoffe benötigt werden.
Dieses Zusammenspiel erlaubt eine klimaneutrale Herstellung von Wasserstoff. Im Kreis Düren entsteht am Brainergy-Park in Jülich so eine Anlage, aus der Strom durch Sonneneinstrahlung gewonnen wird, der dann im Elektrolyseur aus Wasser den Wasserstoff und Sauerstoff herstellt. Der grüne Wasserstoff wird dadurch direkt vor der Haustür erzeugt. Doch was passiert im Elektrolyseur eigentlich? Der eingesetzte Strom erzwingt eine Reaktion, die das zugeführte Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Der eingesetzte Strom wird somit umgewandelt – von elektrischer in chemische Energie, die im Wasserstoff gespeichert ist.
„Die Elektrolyse ist eine in der Industrie bereits seit Jahrzehnten etablierte Technologie. Die Herausforderungen sind immer die Optimierung der Verfahren sowie der Abläufe nach der Herstellung“, sagt Gillessen. Der gewonnene Wasserstoff wird dann weiter transportiert, beispielsweise zu Tankstellen. Dort können Wasserstoff-Fahrzeuge dann tanken und umweltfreundlich fahren. Die Brennstoffzellen in den Fahrzeugen sorgen dafür, dass ein Auto oder ein Zug mit Wasserstoff fahren kann. Dabei läuft in einer Brennstoffzelle (sehr vereinfacht ausgedrückt) der oben beschriebene Prozess andersherum: Der getankte Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft – das ist die sogenannte kalte Verbrennung. Dabei wird Energie in Form von elektrischem Strom frei, der zum Antrieb genutzt wird. Das entstandene Wasser wird dann an die Umwelt abgegeben.
