Dezentrale Produktion

Forschende verwandeln Gras und Stroh zu Wasserstoff

Landwirtschaft, Feld, Getreide © Pixabay
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Als „Champagner unter den Energieträgern“ wird er bezeichnet. Im Bereich Verkehr soll er in Brennstoffzellen Busse, Schiffe und Flugzeuge antreiben. In besonderes emissionsreichen Branchen, wie der Stahl- und Zementindustrie, soll er fossile Rohstoffe ersetzen. Die Rede ist von Grünem Wasserstoff. Bisher ist die Wasserstoffwirtschaft allerdings noch nicht so richtig in die Gänge gekommen. Die Gründe dafür sind vielfältig.

Zumindest an einer Lösung für den Transport und die dafür notwendige Speicherung des Gases arbeitet aktuell ein Forschungsteam am Campus Jülich der FH Aachen in Deutschland. Oder eben nicht. Diese wollen diese Herausforderung nämlich einfach umgehen. Im Fokus dabei steht eine dezentrale Produktion von Wasserstoff. Als Rohstoff Materialien, welche weit flächig vorkommen: Gräser und Stroh.

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Wasserstoff durch Fermentation

Per Elektrolyse wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten, um diese Komponenten anschließend durch Brennstoffzellen wieder in Strom umzuwandeln. Im Prinzip ist das das Grundprinzip, geht es um die Wasserstoffherstellung. Werden für den Elektrolyse-Prozess Erneuerbare Energien verwendet, gilt der Wasserstoff als Grün, da bei der Verbrennung des Wasserstoffs lediglich Wasserdampf entsteht.

In Aachen wird nun eine andere Art der Herstellung untersucht. In dem interdisziplinären Projekt „Elektrisch verstärkte mikrobielle Wasserstoffproduktion“ (eBioH2) soll Wasserstoff aus organischem Material erzeugt werden. Das können beispielsweise Gräser oder Stroh sein. Dabei setzen die Forschenden, welche aus den Fachbereichen Chemie und Biotechnologie, Medizintechnik sowie Technomathematik und Energietechnik stammen, auf Fermentation.

Höhere Temperaturen

Vergleichbar sei die Produktion mit einem herkömmlichen Biogasverfahren, so die Forschenden. In einem Bioreaktor findet ein Fermentationsprozess statt. Damit aus den Gräsern oder dem Stroh aber kein Biogas, sondern eben Wasserstoff entsteht, muss das Verfahren weiterentwickelt werden. „Wir setzen Mikroorganismen ein, die bei 70 bis 80 Grad Celsius biogene Reststoffe direkt in Wasserstoff konvertieren können“, so der am Projekt beteiligte Nils Tippkötter. Außerdem müssten die Apparate umgerüstet werden, da eine höhere Temperatur als in herkömmlichen Reaktoren anliege, so Berit Rothkranz, die als Doktorandin am Projekt arbeitet.

Das ist aber nicht die einzige Herausforderung, an der das Team im Moment arbeitet. So wird im Moment auch untersucht, wie beispielsweise pH-Wert, Temperatur und Druck die Ergebnisse beeinflussen. Auch wird die notwendige Beschaffenheit der organischen Rohstoffe, um einen stabilen Fermentationsprozess gewährleisten zu können, erforscht. Auch wenn das Verfahren laut den Forschenden im Labormaßstab schon „sehr gut“ funktioniert, ist der breitflächige Einsatz von Gras als Rohstoff für Wasserstoff somit in Kürze noch nicht absehbar.

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Speicherung von Erneuerbaren Energien

Nach der Herstellung im Labormaßstab steht nun zunächst die Herstellung in einem größeren Maßstab an, so die Forschenden. Außerdem wird noch einem weiteren Nutzen nachgegangen. So stellte das Forschungsteam bereits fest, dass, wenn zusätzlich elektrische Energie über Elektroden in den Fermentationsprozess einspeist werde, mehr Wasserstoff produziert werde. Daher könnte das Verfahren vielleicht auch zur Speicherung von Erneuerbaren Energien verwendet werden, so die Hoffnung der Forschenden: „Wir können bedarfsgerecht elektrische Überschussenergie aufnehmen und in Form von Wasserstoff speichern“, so Tippkötter.

Im Moment suchen die Forschenden daher nach Partnerunternehmen aus der Wirtschaft, die das Verfahren einsetzen wollen und in kleinerem Maßstab auch Betriebe aus der Landwirtschaft. Dort wären die organischen Reststoffe bereits vorhanden, die fermentiert werden könnten, und die Fahrzeuge und Maschinen könnten mit dem vor Ort hergestellten Wasserstoff betrieben werden, so der Gedanke des Forschungsteams. Das wäre somit im Sinne einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft.

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Ob der zukünftige weltweite Wasserstoffbedarf auf diese Weise teilweise gedeckt wird, bleibt abzuwarten. Wie auch bei anderen Biogasverfahren ist auch hier die Verwendung von Reststoffen beziehungsweise Abfallprodukten am Ende wichtig, um eine wirklich nachhaltige Produktion zu ermöglichen. Andernfalls könnte diese Art der Energiegewinnung durch die gezielte Anpflanzung von geeigneten Pflanzen zu mehr Bodenverbrauch und Monokultur-Anbauten führen.

Aber interessant ist die Forschung alle mal. Insbesondere, da Gras und Stroh in einem Großteil der Welt vorkommt. Und somit das Verfahren den Zugang zu Wasserstoff als Energiequelle weiter vereinfachen könnte.

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