Wasserstoff als Treibstoff

Wasserstoff wird als zukunftsfähiger und umweltfreundlicher Antrieb für Motoren gehandelt. Prinzipiell kann man Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom (Elektrolyse) in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Ein Wasser-Molekül besteht bekanntlich aus 2 Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, H2O. Das Gemisch dieser beiden Gase bezeichnet man auch als Knallgas, weil es hochexplosiv ist.

Um Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor einzusetzen, musste man diese Reaktion unter Kontrolle bekommen. Dies Problem ist inzwischen technisch ersteinmal gelöst. Der Strom für die Elektrolyse von Wasser könnte generell mit Hilfe von Solarzellen erzeugt werden. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht als Abfallprodukt wieder Wasser. Einziger Haken an der Sache: Der Elektrolyse-Prozess läuft für die tatsächliche technische Anwendung offenbar zu langsam ab.

Bisher wird Wasserstoff deshalb hauptsächlich aus Erdgas gewonnen. Damit ist man aber nach wie vor von fossilen Energieträgern abhängig. Jerry Woodall von der Purdue Universität aus dem US-Bundesstaat Indiana hat Mitte Mai zusammen mit seiner Arbeitsgruppe ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem Wasserstoff ohne Knallgasentstehung auf Bedarf hergestellt werden kann. Flüssiges Aluminium reagiert zusammen mit dem Sauerstoff aus Wasser zu Aluminiumoxid und setzt gleichzeitig Wasserstoff frei. Damit das Aluminium mit Wasser reagieren kann, muss man verhindern, dass sich eine schützende Oxidationsschicht um das Aluminium legt. Das schafft man durch Vermischen des flüssigen Aluminiums mit flüssigem Gallium. Das Reaktionsprodukt Aluminiumoxid kann wieder in Aluminium recyclet werden, Gallium wird nicht umgewandelt oder verbraucht.

Als ich diese Meldung der Purdue Universität gelesen habe, ließ mich das natürlich sogleich aufschreien. Aluminium ist das häufigste Metall, das auf der Erde vorkommt. Es liegt aber von Natur aus nicht als reines Aluminium vor, sondern als Bauxit oder Tonerde. Und, wie vermutlich jeder mal in der Schule gelernt hat, kostet es ziemlich viel Energie, aus Bauxit Aluminium herzustellen. Zuerst muss Bauxit unter hoher Energieaufwendung gereinigt werden, so dass Aluminiumoxid rein vorliegt. In einem nächsten Schritt werden Aluminium und Sauerstoff mittels energieaufwändiger Schmelzflusselektrolyse getrennt. Der Prozess und welche Energie dafür nötig ist, werden bei Wikipedia ganz gut erklärt.

Ich habe mir den Vortrag von Jerry Woodall in seinem breitem, etwas flapsigen Amerikanisch mit eingebautem Filmchen von der chemischen Reaktion angschaut (Vortragslänge ca. 25 Minuten). Er verschweigt nicht, dass man doppelt so viel Energie aufwenden muss, um Aluminiumoxid wieder in Aluminium zu recyclen, wie mit Hilfe der gleichen Menge Aluminium in Form von Wasserstoff erzeugt werden kann. Die ursprüngliche Aluminiumherstellung erwähnt er nicht, aber gut. Er betont, dass sich das Verfahren rechnet, da man das Aluminium mit Hilfe nicht-fossiler Energie recylen (und natürlich auch herstellen) kann. Er nennt da vorerst Kernenergie, hält aber Photovoltaik, also die Energiegewinnung aus Sonnenlicht, in diesem Bereich für zukunftsträchtig.

Wolf und ich haben über den hohen Energieaufwand diskutiert und uns auch gefragt, wie häufig eigentlich Gallium ist. Wikipedia hat auch über Gallium eine Antwort. Es ist ein seltenes und teures Metall, das unter anderem auch in Bauxit vorkommt und wie Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse gereinigt wird. Sein großer Vorteil ist, dass es schon bei 30 Grad Celsius schmilzt und andere Materialien leicht benetzt.

Wir halten den hohen Energieaufwand für die Aluminiumproduktion für kritisch, und für die Massenanwendung ist Gallium wahrscheinlich auch nicht wirklich geeignet. Aber wir haben gleichzeitig keine Ahnung, wie hoch der Energieaufwand eigentlich ist, um Benzin und Diesel herzustellen. Da ist ja auch unglaublich was vorgeschaltet: Ölbohrung vor Ort, Transport, Reinigung und Veredelung, Transport zum Endverbraucher. Wahrscheinlich haben Umweltbundesamt oder Greenpeac und Co. Informationen darüber, will ich mal in den nächsten Tagen nachschauen. Und womöglich relativiert sich die schlecht Bilanz von Aluminium ganz schnell. Vor allem, wenn man dann noch bedenkt, dass man laut Jerry Woodall aus der gleichen Menge Wasserstoff gegenüber Benzin das Dreifache an Energie herauskitzeln kann.