19.01.2022 - Kyoto University

Mehr Wasserstoff, aber weniger Kohlenstoff

Sauberer Wasserstoff aus Sonnenenergie und Holzspänen

Im weltweiten Wettlauf um die Eindämmung des Klimawandels und die Verringerung der Kohlenstoffemissionen gilt Wasserstoff als ernsthafter Anwärter auf den Ersatz fossiler Brennstoffe. Obwohl Wasserstoff sauber "verbrennt" und nur Wasser als Nebenprodukt entsteht, ist die derzeitige Methode, Wasserstoff zu einer zuverlässigen Kraftstoffalternative zu machen, energie- und kohlenstoffintensiv.

Unabhängig davon, ob Wasser mit Hilfe von Elektrizität gespalten oder Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen oder anderen Kohlenwasserstoffquellen freigesetzt wird, geht jeder Schritt nach vorn bei der Herstellung von Wasserstoff mit mindestens zwei Schritten zurück, was die damit verbundenen CO2-Emissionen betrifft. Bei einigen Verfahren geht jedes Kilogramm Wasserstoff mit einem CO2-Ausstoß von fast 30 Kilogramm einher.

Nun hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Kyoto ein neuartiges Konzept für eine Wasserstoffanlage entwickelt, die vollständig auf erneuerbare Ressourcen zurückgreift und die geringste bisher gemeldete Menge an CO2 erzeugt. Sie haben ihren Vorschlag im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlicht.

"Solarenergie ist der offensichtliche Kandidat für den Antrieb einer Wasserstoffproduktion, aber das Problem war bisher, dass das Sonnenlicht zu unregelmäßig ist", sagt Autor Shutaro Takeda.

Der neuartige Ansatz des Teams, Sonnenwärme zur Vergasung von Biomasse zu nutzen, scheint der effektivste und praktischste Weg zu sein, um Wasserstoff mit einem geringen CO2-Ausstoß herzustellen. Sie arbeiten daran, zwei verschiedene Systeme zu kombinieren, um eine neue Art von Wasserstoffanlage zu schaffen, die als solarbetriebene, fortschrittliche Anlage zur indirekten Vergasung von Biomasse zur Wasserstofferzeugung oder SABI-Hydrogen-Anlage bezeichnet wird.

Um das Sonnenlicht effektiv einzufangen, wählten sie zunächst eine Anordnung spezieller Spiegel, so genannter Heliostaten, die das Licht auf einen Empfänger an der Spitze eines Turms bündeln. Unter diesen Bedingungen kann ein wärmeübertragendes Material im Receiver Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erreichen.

Anschließend wird diese Wärme vom Receiver auf den Vergaserteil des Systems übertragen, wo ein Behälter mit Holzspänen als Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff stark erhitzt wird. Die Hackschnitzel verbrennen nicht, sondern werden in ein Gasgemisch umgewandelt, das einen hohen Anteil an Wasserstoff enthält.

Alternativ könnte dieser Vergaser bei fehlender Sonneneinstrahlung auch auf herkömmliche Weise beheizt werden, indem Brennstoff verbrannt wird, um dem System Wärme zuzuführen.

Schließlich bewertete das Team die Gesamtumweltauswirkungen des Entwurfs auf der Grundlage einer internationalen Standardmethode zur Folgenabschätzung, ReCiPe2016. Das Ergebnis zeigte, dass das SABI-Hydrogen-System nur 1,04 kg CO2 pro kg produzierten Wasserstoff ausstößt: der geringste Wert unter allen bestehenden Wasserstoffproduktionsmethoden.

Takeda sieht die Natur als unsere größte Ressource, die uns alles gibt, was wir zur Bekämpfung der globalen Erwärmung brauchen. "Unsere Modellierung zeigt, dass die Nutzung von Solarenergie und Biomasseressourcen aus bewirtschafteten Wäldern es uns ermöglichen könnte, Wasserstoff nachhaltig und mit geringen Umweltauswirkungen herzustellen", schließt er.

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