Der Autor ist Wissenschaftskommentator
Wasserstoff gilt seit langem als Wunderkraftstoff der Zukunft. Es kommt in der Natur nicht allein vor, sondern ist mit anderen Elementen in Verbindungen wie Wasser und Methan verbunden. Das brennbare Element, das beim Verbrennen Wasser erzeugt, wird als potenzielle saubere Energiequelle für Heizzwecke, industrielle und landwirtschaftliche Zwecke sowie für den Fernverkehr angepriesen, wo eine Elektrifizierung schwierig ist.
Eine Möglichkeit, es zu gewinnen, ist die Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Elektrizität in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Nun behaupten Forscher in China, durch Spaltung von Meerwasser Wasserstoff erzeugt zu haben ohne Entsalzung oder reinigen Sie es zuerst, laut einem Bericht in Chemistry World.
Da Meerwasser mehr als 96 Prozent des Wassers der Welt ausmacht, könnte dies ein wichtiger Schritt auf dem Weg sein, grünen Wasserstoff (der mit erneuerbaren Energien hergestellt wird) bezahlbar zu machen. „Was sie getan haben, ist aus chemischer Sicht wirklich ziemlich herausfordernd“, erklärt Professor Alex Cowan, der an der Universität Liverpool im Vereinigten Königreich nachhaltige Kraftstoffe erforscht und letztes Jahr an einer Kosten-Nutzen-Analyse zur direkten Meerwasserelektrolyse mitverfasst war. „Diese Technologie trifft a potenzieller Nischenmarkt das wurde noch nicht angesprochen.“
Das Aufspalten von Wasser durch Elektrolyse ist relativ einfach und wird bereits in einigen Wasserstofferzeugungsanlagen mit Zugang zu einer herkömmlichen Wasserversorgung durchgeführt. Der Prozess, der in einem Elektrolyseur stattfindet, trennt elektrisch Wasserstoff von Sauerstoff und ermöglicht die Ableitung des Wasserstoffs. Bei Meerwasser ist dies jedoch komplizierter, da Salz und andere Verunreinigungen den Elektrolyseur effektiv zerstören können.
Eine Möglichkeit besteht darin, Meerwasser vor der Verarbeitung zu entsalzen und zu reinigen – aber in einigen Umgebungen kann dies zusätzliche Kosten verursachen. Eine andere Option besteht darin, die Elektrolyseurkomponenten chemisch zu behandeln, um Korrosion zu vermeiden, aber dies wird als unpraktisch angesehen.
Jetzt haben Heping Xie von der Shenzhen University und Zongping Shao von der Nanjing Tech University einen Workaround entwickelt. Sie hielten den Elektrolyseur mit einer wasserdichten, atmungsaktiven Membran vom Meerwasser getrennt. Ein bisschen wie ein Sieb verhindert die Membran, dass etwas anderes als reiner Wasserdampf in den Elektrolyseur gelangt. Wenn der Wasserdampf angesaugt und in Wasserstoff umgewandelt wird, wird mehr aus dem Meerwasser angesaugt, um seinen Platz einzunehmen. Es handelt sich, berichteten sie kürzlich im Fachblatt Nature, um ein sich selbst erhaltendes System.
Die Wissenschaftler installierten einen Prototyp in der chinesischen Bucht von Shenzhen und produzierten über 133 Tage mehr als 1 Mio. Liter Wasserstoff, ohne dass eine Verschlechterung gemeldet wurde. „Über 3.000 Betriebsstunden setzen einen neuen Maßstab für Stabilität“, sagt Cowan.
Eine mögliche Anwendung könnte darin bestehen, dass Offshore-Windkraft Meerwasser-Elektrolyseure antreibt, wobei der resultierende Wasserstoff zurück an Land transportiert wird. Eine ähnliche Idee steckt hinter der Gigastack-Projekt in der Humber-Mündung vor der nordenglischen Küste: Offshore-Wind wird zum Antrieb von Elektrolyseuren genutzt, der Wasserstoff in der Humber-Raffinerie.
Wasserstoff, der etwa 2 Prozent des globalen Energiemarktes ausmacht, erlebt eine Art Renaissance, da er demselben Kreislauf von Hoffnungen und Hype ausgesetzt war, der die Forschung zur Kernfusion geprägt hat. Diese letztere Technologie schreitet mit hoher Geschwindigkeit voran, wie die Ankündigung vom Lawrence Livermore National Laboratory am Dienstag unterstreicht Bestätigung eines Meilensteins im Energieertrag.
Im Gegensatz zur Fusion existiert jedoch bereits eine kommerzielle Wasserstoffproduktion, meist unter Verwendung fossiler Brennstoffe, wie z. B. der Gewinnung aus Methan. Die großen Herausforderungen liegen in der Skalierung, Kostensenkung und Verringerung des CO2-Fußabdrucks. Aktuelle Elektrolyseure arbeiten beispielsweise eher im Megawatt- als im Gigawattbereich. Die des Vereinigten Königreichs Wasserstoff Strategie strebt an, das Ziel für die kohlenstoffarme Wasserstoffproduktion bis 2030 auf 10 GW zu verdoppeln, als Zwischenschritt auf dem Weg zu Netto-Null.
Das Bestreben, die Wasserstoffindustrie umweltfreundlicher zu machen, führt an anderer Stelle zu strategischen Wetten. Das Wasserstoff-Schuss In den USA wurde letztes Jahr eine Initiative gestartet, um die Kosten für grünen Wasserstoff in einem Jahrzehnt auf 1 US-Dollar pro Kilogramm zu senken. Die EU hat im Rahmen ihrer Wasserstoffstrategie einen 10-Jahres-Plan zum Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur, einschließlich Transportnetze und Tankstellen. Der Block hofft auch, dass grüner Wasserstoff Erdgas in umweltschädlichen Industrien wie der Stahlproduktion ersetzen kann.
Am wichtigsten ist vielleicht, dass die Kosten für erneuerbare Energien, die zur Herstellung von grünem Wasserstoff benötigt werden, sinken. Es kann noch ein Jahrzehnt dauern, bis sich die Hoffnung vom Hype trennt, aber im Moment leuchtet die Flamme für eine sauberere, wasserstoffbetriebene Zukunft gesund.