Wasserstoff & Brennstoffzellen

Die NASA nutzt Wasserstoff als Treibstoff für den Start der Space Shuttles. Credit: NASA

Wasserstoff ist das einfachste Element. Ein Wasserstoffatom besteht nur aus einem Proton und einem Elektron. Es ist auch das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Trotz seiner Einfachheit und Häufigkeit kommt Wasserstoff auf der Erde nicht als natürliches Gas vor – er ist immer mit anderen Elementen verbunden. Wasser zum Beispiel ist eine Kombination aus Wasserstoff und Sauerstoff (H2O).

Wasserstoff ist auch in vielen organischen Verbindungen enthalten, insbesondere in den Kohlenwasserstoffen, aus denen viele unserer Kraftstoffe bestehen, wie Benzin, Erdgas, Methanol und Propan. Wasserstoff kann durch die Anwendung von Wärme von Kohlenwasserstoffen getrennt werden – ein Prozess, der als Reformierung bekannt ist. Derzeit wird der meiste Wasserstoff auf diese Weise aus Erdgas hergestellt. Mit Hilfe von elektrischem Strom lässt sich Wasser auch in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten. Dieser Prozess wird als Elektrolyse bezeichnet. Einige Algen und Bakterien, die Sonnenlicht als Energiequelle nutzen, geben unter bestimmten Bedingungen sogar Wasserstoff ab.

Wasserstoff ist sehr energiereich, doch ein Motor, der reinen Wasserstoff verbrennt, erzeugt fast keine Schadstoffe. Die NASA verwendet seit den 1970er Jahren flüssigen Wasserstoff, um das Space Shuttle und andere Raketen in die Umlaufbahn zu bringen. Wasserstoff-Brennstoffzellen treiben die elektrischen Systeme des Shuttles an und erzeugen ein sauberes Nebenprodukt – reines Wasser, das die Besatzung trinkt.

Brennstoffzellen mit Wasserstoff

Eine Brennstoffzelle kombiniert Wasserstoff und Sauerstoff, um Strom, Wärme und Wasser zu erzeugen. Brennstoffzellen werden oft mit Batterien verglichen. Beide wandeln die durch eine chemische Reaktion erzeugte Energie in nutzbare elektrische Energie um. Allerdings produziert die Brennstoffzelle so lange Strom, wie Brennstoff (Wasserstoff) zugeführt wird, und verliert nie ihre Ladung.

Brennstoffzellen sind eine vielversprechende Technologie für den Einsatz als Wärme- und Stromquelle für Gebäude und als Stromquelle für Elektromotoren, die Fahrzeuge antreiben. Brennstoffzellen funktionieren am besten mit reinem Wasserstoff. Aber auch Brennstoffe wie Erdgas, Methanol oder sogar Benzin können reformiert werden, um den für Brennstoffzellen benötigten Wasserstoff zu erzeugen. Einige Brennstoffzellen können sogar direkt mit Methanol betrieben werden, ohne einen Reformer zu verwenden.

In Zukunft könnte Wasserstoff neben Strom ein wichtiger Energieträger sein. Ein Energieträger transportiert und liefert Energie in einer nutzbaren Form zum Verbraucher. Erneuerbare Energiequellen, wie Sonne und Wind, können nicht ständig Energie produzieren. Aber sie können zum Beispiel elektrische Energie und Wasserstoff produzieren, der gespeichert werden kann, bis er gebraucht wird. Wasserstoff kann auch (wie Elektrizität) an Orte transportiert werden, an denen er benötigt wird.