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2.1. Unsere Energiewirtschaft

Der Energieverbrauch der Menschen nimmt ständig zu und basiert hauptsächlich auf nichtregenerativen Primärenergieträgern, wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Nur geringe Mengen an Energie werden durch Wind-, Wasser- und Solarkraftwerke abgedeckt. Durch unseren gigantischen Verbrauch reichen z. B. die leicht zu fördernden, natürlichen Ölvorkommen bei einem statistischen Jahresverbrauch von ca. 3,4 Mrd. t allerdings nur noch für rund 42 Jahre. Zählt man noch das sog. "unkonventionelle" Erdöl, wie Schweröl oder Teersande dazu, so ergibt sich eine Versorgungsreichweite von 100 Jahren.¹⁾

Ein weiteres Problem unserer Energieversorgung ist das durch Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehende, Treibhauseffekt fördernde Kohlendioxid (CO₂), welches jährlich tonnenweise in unsere Atmosphäre gelangt und als Hauptursache für die globale Erwärmung angesehen wird.
(hierzu auch GSG-Aktuell zum Thema Klima)

Hinzu kommt noch der geringe Wirkungsgrad fossiler Brennstoffe: Da die in den Brennstoffen enthaltene chemische Energie erst durch Verbrennung in Wärmeenergie, dann in mechanische Energie und schließlich in elektrische Energie umgesetzt wird, gehen rund 2/3 der ursprünglich enthaltenen Energie verloren.
( Abb. 1: Primärenergieverbrauch)

Zwar gibt es die "Alternative" Atomenergie, die unter entsprechenden Bedingungen umweltfreundlich und effizient ist, jedoch findet sie aufgrund vieler Restrisiken keine Unterstützung mehr in unserer Gesellschaft. Weiterhin ist die "Endlagerung", also das Problem, was mit dem anfallenden Atommüll geschieht, nicht gelöst.

Somit steht fest, dass eine zufriedenstellende Alternative zu den fossilen Brennstoffen gefunden werden muss, die zudem auf regenerativen Ressourcen beruhen sollte. An dieser Stelle setzt das Konzept der Wasserstoffenergietechnik ein, die es sich zum Ziel gemacht hat, Wasserstoff als umweltfreundlichen Sekundärenergieträger anzuwenden.

2.2. Wasserstoff als Sekundärenergieträger

Wasserstoff hat das chemische Zeichen H, es ist das erste und somit das leichteste Element im Periodensystem. Es kommt in unserer Natur nur äußerst selten ungebunden vor, die größten Mengen dieses Elements sind in unseren Wasservorräten und in organischen Verbindungen zusammen mit Kohlenstoff enthalten. In ungebundener Form findet es sich in höheren Konzentrationen nur in einigen Vulkangasen. Das Wasserstoffgas ist unsichtbar und geruchlos, es tritt im Normalzustand in Form von H₂-Molekülen auf. Die Verbrennung mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff - im Normalzustand in Form von O₂-Molekülen - erfolgt ebenfalls geruchlos.

Als Abgas entsteht nichts anderes als Wasser (H₂O): 2H₂ + O₂ <-> 2H₂O

Da in unserer Luft auch Stickstoff enthalten ist, entstehen wie bei jeder Verbrennung auch geringe Mengen von Stickoxiden.²⁾

Wasserstoff kam während der 50er Jahre erstmals in der Weltraumfahrt zum Einsatz, wodurch das Prinzip der Brennstoffzellen wieder entdeckt und weiterentwickelt wurde. Diese wandeln die chemische Energie des molekularen Wasserstoffs direkt in elektrische Energie um. Der Gedanke der heutigen Wasserstoffenergietechnik ist es nun, diese alternative Energiequelle für alle nutzbar zu machen und dadurch die fossilen Brennstoffe in der Zukunft ersetzen zu können. Wasserstoff wird bereits als Kraftstoffersatz in Straßenfahrzeugen erfolgreich erprobt, wobei lediglich die Speicherung des Wasserstoffs noch technische Probleme aufwirft. In einer anderen Form ist der Einsatz des Elements in Verkehrsflugzeugen geplant: Dort setzt man auf speziell entwickelte Motoren, die den Wasserstoff direkt verbrennen ohne auf durch Brennstoffzellen erzeugte Energie zurückzugreifen.³⁾

Auch der Einsatz von Wasserstoff zum Betrieb von Heizungen wäre denkbar. Es gibt bereits Prototypen mit integrierten Brennstoffzellen, welche zusätzlich noch Strom für den Hausgebrauch erzeugen.
Im Mittelpunkt der Wasserstoffenergietechnik steht allerdings die Rückwandlung des molekularen Wasserstoffs in elektrische Energie.

2.3. Die Gewinnung von Wasserstoff

Wie bereits im Teil 2.2 erwähnt, tritt Wasserstoff in der Natur nur äußerst selten ungebunden, d.h. in molekularer Form (H₂), auf. Folglich muss zuerst Energie aufgebracht werden, um an den molekularen Wasserstoff zu gelangen. Dies kann z. B. durch Elektrolyse geschehen. Darunter versteht man die stoffliche Umsetzung, die beim Fließen eines elektrischen Gleichstroms durch einen Stoff auftritt.⁴⁾ Als Elektrolyt ist hier Wasser (H₂O) vorgesehen, welches in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird.

2H₂O <-> 2H₂ + O₂

Um die nötige Energie für diesen Vorgang bereitzustellen, sieht die Wasserstoffenergietechnik vor, auf regenerative Energien, wie z. B. Sonnenenergie, zurückzugreifen. Es entsteht somit ein geschlossener, natürlicher Kreislauf.
( Abb. 2: Wasserstoffkreislauf)

Dies ist also die große Vision der Wasserstofftechnologie:
Der universell einsetzbare Sekundärenergieträger Wasserstoff wird durch regenerative Energie aus Wasser gewonnen und anschließend in Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt. Gleichzeitig entsteht neues Wasser als Nebenprodukt der "kalten Knallgasreaktion", welches nun wieder als Quelle für neuen Wasserstoff dient. Der entscheidende Faktor innerhalb dieses Kreislaufs ist die zur Produktion des Wasserstoffs eingesetzte regenerative Energie, die prinzipiell im Überfluss vorhanden ist. Somit wird ein hoher Kostenfaktor und Umweltschäden durch den Einsatz fossiler Brennstoffe vermieden.

Andere Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff sind verschiedene photolytische Verfahren, wie die photo-elektrochemische Methode (Licht fällt auf einen in Wasser getauchten Halbleiter) oder die biologische (mikrobiologische Prozesse unter Lichteinfall), die allerdings erst am Anfang ihrer Entwicklung stehen.⁵⁾

TOP	Kapitel 3: Aufbau und Funktionsweise eines Luftelements

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