Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 4 - nova-Institut ...

Wasserstoffherstellung 243
Pyrolyse und Biomassevergasung
(siehe Hauptartikel Biomassevergasung und Pyrolyse)
In einem weiteren Verfahren werden Pyrolyse und Biomassevergasung verknüpft. Die erste Stufe ist hierbei die
Pyrolyse, bei der als Endprodukte Primärgase, Koks und Methanol entstehen. Diese werden in einem zweiten
Teilprozess mit Wasserdampf versetzt und es entsteht wiederum ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan,
Kohlenmonoxid und -dioxid. Auch bei diesem zweiten Schritt muss Energie zugeführt werden und es wird
anschließend durch Dampfreformierung Wasserstoff gewonnen. Diese zweistufige Variante wird vor allem für
kleinere Anlagen eingesetzt.
Nach Angaben des dena-Projekts GermanHy stellt die (großtechnische) Biomassevergasung die günstigste Option
zur Erzeugung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien dar. [1]
Fermentation
Unter Laborbedingungen kann Wasserstoff mit anaeroben Mikroorganismen direkt aus Biomasse gewonnen werden.
Werden hierfür Mischkulturen verwendet, muss die Wasserstoffproduktion vom letzten Glied der anaeroben
Nahrungskette, der Methanproduktion (Methanogenese), entkoppelt werden. Die Freisetzung von molekularem
Wasserstoff durch Mikroorganismen ist aus Gründen der Reaktionskinetik nur bei sehr niedrigem
Wasserstoffpartialdruck begünstigt. Daher muss durch Bioreaktoraufbau und -betrieb dieser Druck trotz
Abwesenheit methanogener Mikroorganismen oder Sulfat reduzierenden Bakterien (also: Wasserstoff verwertender
Bakterien) niedrig gehalten werden.
Die fermentative Wasserstoffproduktion ist jedoch energetisch relativ ungünstig. Nach Thauer (1976) können auf
dem beschriebenen Weg maximal 33 % der Verbrennungswärme aus Glucose in Wasserstoff gespeichert werden. Im
Vergleich dazu können durch Methangärung 85 % der Energie aus Glucose in das Gärprodukt überführt werden.
Elektrolyse
Bei der Elektrolyse dient Wasser als Wasserstofflieferant. Mit Hilfe von elektrischem Strom wird aus dem Wasser
der energiereiche Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Bei verschiedenen chemischen Verfahren, bei denen die
Elektrolyse für die Erzeugung anderer Verbindungen eingesetzt wird, kann Wasserstoff als Nebenprodukt anfallen.
Elektrolyse von Wasser
(siehe auch Artikel Elektrolyse)
Diese Form der Umwandlung von Wasser zu Wasserstoff wurde erstmals um 1800 vom deutschen Chemiker Johann
Wilhelm Ritter nachgewiesen. Die Reaktion findet in einem mit leitfähigem Elektrolyten (Salze, Säuren, Basen)
gefüllten Gefäß statt, in dem sich zwei Elektroden befinden, die mit Gleichstrom betrieben werden. Der
Herstellungsprozess läuft dabei in zwei Teilreaktionen ab:
• Kathode:
• Anode:
An der Anode werden im Prinzip Elektronen abgegeben und von der Kathode wieder aufgenommen. In der
Gesamtreaktion entsteht aus Wasser also molekularer Wasserstoff und molekularer Sauerstoff:
• Gesamtreaktion:
Das Verfahren hat den Vorteil, dass der erzeugte reine Sauerstoff abgefangen und energiewirtschaftlich sinnvoll
verwendet werden kann und nicht einfach an die Luft abgegeben wird. Wegen des geringen Wirkungsgrades von nur
etwa 57 % wird aber nur rund ein Prozent des weltweit erzeugten Wasserstoffs so hergestellt. Jedoch haben
Wissenschaftler des MIT vor kurzem einen Katalysator entwickelt, der die Effizienz der Elektrolyse von Wasser auf
nahezu 100% steigern soll. [2]