Sonepar_Report_Juni 2021

Erneuerbare Energien
Eine wirklich
runde Sache
Grafik: Volker Presser, INM
„Grüner Wasserstoff“ wird aus erneuerbaren
Energien hergestellt und ist frei von CO 2 -Emissionen,
denn man braucht dafür (anders als
bei anderen Arten der Wasserstoff-Erzeugung)
weder Kohle noch Erdgas. In „Elektrolyseuren“
genannten Elektrolyse-Anlagen wird dazu
mittels regenerativ erzeugtem „Grünstrom“
das Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff
und Sauerstoff zerlegt.
Wasserstoff gilt als einer der wichtigsten Hoffnungsträger der
Energiewende weltweit. Die Schwierigkeit: Um ihn im industriellen
Maßstab ohne fossile Energieträger gewinnen zu können, müsste
auf Meerwasser zurückgegriffen werden. Dessen Entsalzung aber
benötigt viel zu viel Energie – bisher.
Naheliegend ist deshalb der Gedanke, das
größte natürliche Wasserreservoir anzuzapfen,
das die Erde zu bieten hat: die Ozeane. Denn
sie fassen den Großteil der 1.400 Trillionen
Liter des Wassers auf der Erde. Klingt logisch,
hat aber einen entscheidenden Pferdefuß: Heutige
Elektrolysesysteme können keinen Wasserstoff
direkt aus dem Salzwasser der Meere
gewinnen. Man muss es erst entsalzen. Und
das kostet dann wiederum so viel Energie, dass
von „grün“ eigentlich keine Rede sein kann.
Doktorandin Yuan Zhang hatte die
geniale Idee von der Wasserstoffproduktion,
die nicht auf die wertvollen
Süßwasservorräte zugreifen muss.
(Foto: Thorsten Mohr, UdS)
Eine revolutionäre Idee
Schon deshalb ist die Nachricht, dass ein
wichtiger Schritt in puncto Energie aus Meerwasser
– zumindest im Labormaßstab – gelungen
ist, höchst willkommen. Zu verantworten
hat die erfolgreichen Experimente Volker
Presser, der als Professor für Energie-Materialien
an der Universität des Saarlandes und Leiter
des Programmbereichs Energie-Materialien
am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM)
mit seinen Arbeiten zur Elektrochemie immer
wieder internationale Beachtung findet.
Um zu verstehen, wie groß dieser Schritt ist,
muss man wissen, dass bislang Wasserstoff
für Brennstoffzellen erzeugt wird, indem man
zuvor mit viel Energie deionisiertes (entsalztes)
Wasser aus Meerwasser herstellt, um aus
diesem aufbereiteten Wasser dann wiederum
Wasserstoff zu gewinnen. Hintergrund: Nur
so lässt sich Wasserstoff herstellen, ohne die
ohnehin limitierten wertvollen Süßwasservorräte
weiter zu verringern.
Und hier nun kommt die Idee von Yuan Zhang
ins Spiel, die Doktorandin von Prof. Dr. Presser
ist. Ihren „revolutionären“ Vorschlag fasst der
Energie-Professor zusammen: „Wir benutzen
einfach die Brennstoffzelle selbst, um das
Meerwasser zu entsalzen und anschließend
Süßwasser zu erhalten, das dann in der
Brennstoffzelle für die Wasserstofferzeugung
genutzt werden kann.“
Ihr Doktorvater, Prof. Dr. Volker Presser,
ist ein renommierter Experte auf dem
Gebiet der Elektrochemie.
(Foto: Uwe Bellhäuser, INM)
Eine Brennstoffzelle für den Schulbedarf
Dazu haben sich Presser und Zhang einen einfachen
Experiment-Aufbau überlegt: Aus einer
Brennstoffzelle für den Schulbedarf haben sie
eine Anlage gebaut, die aus dem Ausgangsstoff
Salzwasser am Ende Süßwasser erzeugt
und dazu noch Strom und Wärme produziert,
die wiederum in die Gewinnung von Wasserstoff
investiert werden können.
Das im Salzwasser vorhandene Salz (vor allem
NaCl, Kochsalz), so erläutern sie, werde dabei
durch die Zugabe von Wasserstoff und Sauerstoff
„gezwungen“, seine Verbindung mit dem
Wasser aufzulösen. „Es entstehen neben dem
dann entstandenen Trinkwasser, das man im
Anschluss für die Gewinnung von Wasserstoff
nutzen kann, eine Säure (insbesondere
HCl; Salzsäure) und eine Base (insbesondere
NaOH, Natriumhydroxid) als Zwischenprodukte.“
Und nun der Clou: „Außerdem erzeugen
wir an dieser Stelle Elektrizität, die wir weiter
nutzen können“, so Volker Presser. Die Säure
und die Base erzeugen, wenn man sie zum
Schluss wieder zusammenbringt, zusätzlich
Wärme, die man ebenfalls weiter nutzen kann.
Ein doppelter Salto für die Zukunft
Und der Nutzwert? „Wir können nun aus jeder
Brennstoffzelle ein Modul bauen, das nicht nur
Strom generiert, sondern ganz nebenbei auch
Trinkwasser erzeugt. Dieses kann dann auch
für die Wasserstoffproduktion genutzt werden.
Man braucht dazu halt Wasserstoff, aber den
kann man über Elektrolyse ‚grün‘ mit ‚Power
to Gas‘ herstellen“, so Presser. Damit hat das
Team von der Saar einen neuen Technologieansatz
entwickelt, der in Zukunft in großem
Maßstab zum Einsatz kommen könnte.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
volker.presser@leibniz-inm.de
Originalpublikation: Zhang et al., Electrocatalytic
fuel cell desalination for continuous
energy and freshwater generation,
Cell Reports Physical Science (2021),
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100416
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Sonepar Report 223 | E-xpertise
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