{"id":6657,"date":"2020-07-31T12:11:39","date_gmt":"2020-07-31T12:11:39","guid":{"rendered":"https:\/\/www.solaga.de\/?p=6657"},"modified":"2021-12-16T21:13:22","modified_gmt":"2021-12-16T21:13:22","slug":"wasserstoff-gruener-energietraeger","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.solaga.de\/en\/2020\/07\/wasserstoff-gruener-energietraeger\/","title":{"rendered":"Wasserstoff: Gr\u00fcner Energietr\u00e4ger der Zukunft?"},"content":{"rendered":"

Heizungen, Autos, Raketen \u2013 all diese Dinge brauchen Energie, und bei allen kann dazu als nachhaltiger Energietr\u00e4ger Wasserstoff Verwendung finden. Die Forschung um erneuerbare Energien <\/a>ist aktuell und allgegenw\u00e4rtig, doch was genau sind die Vorteile von Wasserstoff und wie kann er genutzt werden? <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wasserstoff (chemisches Symbol: H) wurde 1766 vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish entdeckt. Lavoisier, der dieses Gas weiter untersuchte, nannte es \u201ehydro-g\u00e8ne\u201c, was so viel bedeutet wie \u201ewassererzeugend“. Das liegt daran, dass Wasser zusammen mit Sauerstoff schnell zu Wasser reagiert, was in der Chemie auch als Wasserstoff-Nachweis mithilfe der sogenannten Knallgasprobe genutzt wird.<\/p>\n\n\n\n

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Wasserstoff – Eigenschaften<\/h2>\n\n\n\n

Es ist das leichteste aller Elemente und mehr als zehnmal leichter als Luft. Normalerweise ist es gasf\u00f6rmig und farb-, geschmack- und geruchlos. Der \u00fcbliche Wasserstoff setzt sich aus einem Proton und einem Elektron zusammen, allerdings gibt es zwei weitere Isotope, die zus\u00e4tzlich jeweils ein bzw. zwei Neutronen enthalten. Deuterium wird auch schwerer Wasserstoff genannt und hat ein Neutron im Kern, ist aber, genau wie der h\u00e4ufigste Wasserstoffisotop, der \u201enormale\u201c Wasserstoff, stabil. Tritium, der sogenannte \u00fcberschwere Wasserstoff mit zwei zus\u00e4tzlichen Neutronen, hingegen, ist instabil. Aus diesem Grund zerf\u00e4llt Tritium und strahlt dabei radioaktive Strahlung ab.<\/p>\n\n\n\n

Im Universum ist Wasser das am h\u00e4ufigsten vorkommende chemische Element, was es auch sehr geeignet zur nachhaltigen Energieerzeugung macht. Allerdings liegt Wasser auf der Erde nie in elementarer Form, sondern nur gebunden vor: es bildet das Wasserstoffmolek\u00fcl H2 <\/sub>und kommt in der Atmosph\u00e4re meistens an Sauerstoff gebunden als Wasser (H2<\/sub>O) oder zusammen mit Kohlenstoff als Methan (CH4<\/sub>). Sowohl Wasser als auch Methan kommen auf der Erde sehr h\u00e4ufig in verschiedenen Formen vor. Au\u00dferdem enthalten die meisten organischen Verbindungen (das sind Verbindungen, die Kohlenstoff beinhalten, wie z.B. Zellulose, Zucker, \u00d6le, Fette und viele andere) Wasserstoff.<\/p>\n\n\n\n

Gewinnung<\/h2>\n\n\n\n

Aufgrund der Eigenschaft , nur gebunden vorzuliegen, muss er jedoch zur energetischen Nutzung zun\u00e4chst von seinen urspr\u00fcnglichen Molek\u00fclen abgespalten werden, denn er kann eben nur aus diesen gewonnen werden.<\/p>\n\n\n\n

Eine Methode, die auch zur Herstellung von gr\u00fcnem Wasserstoff<\/a> mithilfe von erneuerbaren Energien angewandt werden kann, ist die Elektrolyse von Wasser. Dieses Verfahren besteht schon fast so lange, wie man den Wasserstoff \u00fcberhaupt entdeckt hat. Dabei wird das Wasser durch das Anschlie\u00dfen von Strom in seine Bestandteile zerlegt. Weil andere Methoden wirtschaftlich sinnvoller sind, wird die Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff in der Industrie meistens nur dann genutzt, wenn daf\u00fcr regenerative Energien zur Verf\u00fcgung stehen. Der so gewonnene Wasserstoff wird auch gr\u00fcner Wasserstoff genannt, weil dabei keine Treibhausgase entstehen, keine fossilen Energietr\u00e4ger verbraucht und keine Atomenergie ben\u00f6tigt wird.<\/p>\n\n\n\n

Sogenannter grauer Wasserstoff entsteht aus fossilen Brennstoffen. Bei der am h\u00e4ufigsten genutzten Methode, der Dampfreformierung, wird Erdgas bei hoher Hitze in CO2<\/sub> und Wasserstoff umgewandelt. Da das hierbei entstehende CO2<\/sub> sich ungenutzt mit der Luft in der Atmosph\u00e4re vermischt, verschlimmert diese Methode allerdings den Treibhauseffekt und ist deshalb nicht besonders umweltfreundlich. Weil sie aber billiger ist als die Elektrolyse von Wasser, wird sie bisher haupts\u00e4chlich angewendet.<\/p>\n\n\n\n

Eine weitere umweltschonende Methode zur Herstellung von Wasserstoff sind Gr\u00fcnalgen<\/a>. Sie produzieren diesen auf nat\u00fcrliche Weise mithilfe von biologischen Mechanismen. Die f\u00fcr die Herstellung von Wasserstoff ben\u00f6tigte Energie ziehen die Algen sich aus der Sonnenstrahlung. Dieses Verfahren ist \u00f6kologisch sehr sinnvoll. In diesem Bereich wird flei\u00dfig geforscht. Genau wie auch Gr\u00fcnalgen, k\u00f6nnen auch Blaualgen Wasserstoff herstellen. Ingenieur.de berichtet, dass es Forschern aus Israel gelungen ist, Blaualgen genetisch so ver\u00e4ndern, dass sie ihre Wasserstoffproduktion deutlich erh\u00f6ht haben. Normalerweise produzieren diese Bakterien kaum mehr Wasserstoff, sobald Sauerstoff vorhanden ist, was sie f\u00fcr die industrielle Wasserstoffproduktion eher ungeeignet mache. Es sei allerdings gelungen, die Herstellung von Wasserstoff auch unter Sauerstoffzufuhr zu vervierfachen. Zus\u00e4tzlich werde nun versucht, das f\u00fcr die Wasserstoffproduktion verantwortliche Enzym der Blaualgen, die Hydrogenase, synthetisch herzustellen. Es wird erhofft, durch eine erh\u00f6hte Konzentration dieser Enzyme in Blaualgen Wasserstoff in industriellem Ma\u00dfstab produzieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Verwendung<\/h2>\n\n\n\n

Wasserstoff kann auf unterschiedliche Arten verwendet werden.<\/p>\n\n\n\n

Einerseits k\u00f6nnen damit synthetische Gase hergestellt werden, die zum Beispiel Erdgas ersetzen.<\/p>\n\n\n\n

Andererseits wird in Brennstoffzellen Wasserstoff in W\u00e4rme und Strom umgewandelt. Brennstoffzellen bestehen aus einem galvanischen Element, das die Elektrolyse von Wasser sozusagen umkehrt. Der Soff wird in durch eine Membran getrennten R\u00e4umen zur Reaktion gebracht, wobei die chemische Energie in Form von elektrischem Strom und W\u00e4rme frei wird.<\/p>\n\n\n\n

Auf diese Weise werden seit den 1960er Jahren Raketen angetrieben. Auch Zeppeline wurden mit Brennstoffzellen angetrieben. Nach dem Ungl\u00fcck der Hindenburg, bei dem sich der leicht entz\u00fcndliche Wasserstoff durch den Absturz entz\u00fcndete, war Wasserstoff aber wegen seiner Explosivit\u00e4t nicht mehr so beliebt. Davon abgesehen gibt es Wasserstoff-Autos, bei denen die Brennstoffzelle f\u00fcr den Strom sorgt, den der Elektromotor ben\u00f6tigt. Sie tanken regelm\u00e4\u00dfig Wasserstoff auf. Auch Brennstoffzellenheizungen verbreiten sich immer mehr. In Japan wurden bereits ganze Geb\u00e4udekomplexe damit ausgestattet.<\/p>\n\n\n\n

Wasserstoff – Nachhaltigkeit<\/h2>\n\n\n\n

Grunds\u00e4tzlich ist Wasserstoff \u00f6kologisch nachhaltiger als alternative Energiequellen und -tr\u00e4ger wie Erd\u00f6l, Erdgas oder Energie, die durch Kernspaltung gewonnen werden. Denn er ist in vielen verschiedenen organischen und anorganischen Verbindungen in der Atmosph\u00e4re und auch im restlichen Universum reichlich vorhanden und wird, anders als beispielsweise Erdgas, bei der Verbrennung nicht verbraucht. Nat\u00fcrlich bleiben die einzelnen Atome des Ausgangsstoffs immer erhalten, allerdings kann aus dem bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehenden Wasser beispielsweise durch Elektrolyse wieder Wasserstoff gewonnen werden, w\u00e4hrend bei der Verbrennung von Erdgas unter anderem CO2<\/sub> entsteht. Das ist nicht nur sch\u00e4dlich f\u00fcr die Atmosph\u00e4re, sondern bedeutet auch, dass aus den Verbrennungsprodukten nicht so einfach wieder das urspr\u00fcngliche Erdgas synthetisiert werden kann. Zus\u00e4tzlich entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff keinerlei Emissionen, was seine Verwendung besonders umweltfreundlich macht.<\/p>\n\n\n\n

Allerdings ist Wasserstoff keine prim\u00e4re Energiequelle, wie zum Beispiel Erd\u00f6l, sondern lediglich ein Energietr\u00e4ger. W\u00fcrde er in elementarer Form auf der Erde vorliegen, k\u00f6nnte er direkt zur Energieerzeugung verwendet werden, aber da er zun\u00e4chst von anderen Molek\u00fclen abgespaltet werden muss, dient er nur als Energietr\u00e4ger. Denn er transportiert u.a. die Energie, die verwendet wurde, um ihn herzustellen. So kommt es in Bezug auf die Nachhaltigkeit von Wasserstoff nicht nur auf die Wirksamkeit bei der direkten Anwendung, sondern auch auf die Art der Herstellung an. Wurde Wasserstoff mithilfe von Atomenergie gewonnen, liegt er in puncto erneuerbare Energien nicht besonders weit vorne, auch wenn er f\u00fcr ein Wasserstoffauto benutzt wird. Ganz anders sieht es allerdings aus, wenn Wasserstoff durch regenerative Energien gewonnen wird. Dieser gr\u00fcne Wasserstoff wird besonders gef\u00f6rdert und wie auch eine Strategie des Bundeskabinetts zeigt, soll Deutschland in Zukunft zu den L\u00e4ndern geh\u00f6ren, die weltweit am meisten klimafreundliche Wasserstoff-Energie nutzen. Dazu w\u00e4re es optimal, mit Sonnen- und Windkraftanlagen so viel Strom zu erzeugen, dass damit wirtschaftlich nachhaltig Wasserstoff produziert und f\u00fcr andere Anwendungen weiterverwendet werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Insgesamt ist Wasserstoff ein guter Energietr\u00e4ger<\/a>, der andere Energietr\u00e4ger wie Erdgas oder Erd\u00f6l ersetzen k\u00f6nnte, wenn er ausreichend effizient produziert wird. Die Frage, wie nachhaltig und gr\u00fcn Wasserstoff als Energietr\u00e4ger ist, l\u00e4sst sich aber nicht pauschal beantworten und ist vor allem davon abh\u00e4ngig, wie er hergestellt wird. Alte Verfahren wie die Elektrolyse und neue Verfahren wie die biologische Wasserstoffproduktion mithilfe von Gr\u00fcn- und Blaualgen haben noch viel Potenzial und k\u00f6nnten dabei ihren Beitrag zu einer gr\u00fcneren Energiebereitstellung leisten.<\/p>\n\n\n\n

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