in zentraler Baustein einer nachhaltigen Energiewirtschaft ist Wasserstoff – ein vielseitig einsetzbarer Brennstoff, bei dessen Verbrennung kein CO2 entsteht. Er dient vor allem als Brennstoff für Brennstoffzellen, etwa zum Antrieb von schweren Kraftfahrzeugen (für PKW ist der elektrische Antrieb mit Akkus geeeigneter) und Schiffen, sowie in Zukunft auch als Treibstoff für Flugzeuge. Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld wird die Metallurgie sein, wo Wasserstoff als Reduktionsmittel, d.h. als Mittel zum Entziehen des Sauerstoffs aus dem Erz, eingesetzt werden wird. (Bislang wird als Reduktionsmittel in der Metallurgie zumeist Kohle eingesetzt, wobei klimaschädliches CO2 entsteht.) Neben Metallen wie Eisen und Halbmetallen wie Silizium wird man in einer nachhaltigen Ökonomie auch Kohlenstoff, das vielseitigste Element des Periodensystems und dementsprechend zu vielen Zwecken zu gebrauchen, durch Reduktion mit Wasserstoff aus atmosphärischem CO2 gewinnen, womit in einem Schritt auch das Klima entlastet wird (siehe mein Post „CO2 als Rohstoff„).
Das Problem ist, dass elementarer Wasserstoff auf der Erde nicht in nennenswerten Mengen in der Natur vorkommt, sondern zunächst einmal unter Energieaufwand hergestellt werden muss.Alle üblichen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas basieren auf der *Reduktion von Wasser*. Bislang wurde Wasserstoff durch sogenanntes *Steam Reforming* ertzeugt. Dabei wird Wasserdampf bei hohen Temperaturen mit einem fossilen Brennstoff (früher Kohle, heute meistens Erdgas) umgesetzt, der dem Wasserdampf den Sauerstoff entzieht. Nachteil: es ensteht dabei CO2, und zwar genau die gleiche Menge, die bei der direkten Verbrennung des eingesetzten Brennstoffs freigesetzt würde. Das Verfahren ist also klimschädlich.
Das muss also anders gehen! Das „klassische“ und technisch am weitesten entwickelte Verfahren zur Gewinnung von „grünem“ (klimafreundlichem) Wasserstoff ist die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird mittels elektrischen Strom Wasser in die Elemente zerlegt. Natürlich ist so gewonnener Wasserstoff nur dann „grün“, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Dieses Verfahren ist aber bereits anwendungsreif und es gibt bereits erste Anlagen, die „grünen“ Wasserstoff in industriellem Maßstab produzieren.
Eine interessante Variante sind spezielle Akkus, die mit Strom aufgeladen werden und beim Entladen Wasserstoff produzieren können. Dieses Verfahren ist noch in der Erprobung, könnte aber einen wertvollen Beitrag zur nachhaltigen Energieöknomie leisten.
Daneben wird an Verfahren geforscht, die ohne den „Umweg“ über elektrischen Strom die Sonnenenergie direkt nutzen, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen, und zwar mit Hilfe spezieller Katalysatoren, die Sonnenlicht einfangen und in chemische Energie umwandeln, und auf diesem Wege das Wasser spalten. Man spricht hier von photoelektrochemischen Zellen oder salopp von künstlichen Blättern. Diese Verfahren sind aber derzeit (2023) noch kaum über den Labormaßstab hinaus entwickelt.
Ein anderes Verfahren arbeitet mit hochkonzentriertem Sonnenlicht. Damit werden hohe Temperaturen (um 1400 °C) erzeugt, mit denen Wasserdampf heißchemisch zerlegt wird. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben eine in Almeria (Spanien) installierte Pilotanlage (HYDROSOL Plant) entwickelt.
Auch an biotechnologischen Lösungen wird geforscht. Es gibt Algen, die unter bestimmten Bedingungen mittels Sonnenlicht Wasserstoffgas produzeren. Auch dies ist noch nicht marktreif, aber vielversprechend. Weniger sinnvoll erscheint das Steam Reforming mit Biomasse statt Erdgas als Reduktionsmittel, was zwar technisch problemlos funktioniert und einsatzreif ist, aber wie ich schon im Post „Anorganische Energie für Maschinen – organische Energie für Menschen!“ dargelegt habe, hat die energetische Nutzung von Biomasse ihre Grenzen, und steht in Flächenkonkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln und zum Naturschutz.
Kurzum: Es gibt viele Möglichkeiten, umwelt- und klimafreundlich Wasserstoff zu produzieren. Die Elektrolyse von Wasserstoff wird bereits in industriellem Maßstab durchgeführt, andere Verfahren sind im Forschungsstadium, könenn aber für die Zukunft interessant werden.