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EU-Projekt

Durchbruch beim Wasserstoff

Hycycles-Projekt bringt die emissionsfreie Herstellung von Wasserstoff voran.

Durchbruch beim Wasserstoff Durchbruch beim Wasserstoff
ENERGLOBE.DE, Denny Rosenthal

Wasserstoff ist aufgrund seiner hohen Energiedichte ein idealer Speicher. Derzeit wird der Energieträger häuptsächlich aus Erdgas hergestellt und verursacht hohe CO2-Emissionen. Forscher wollen künftig sauberen Wasserstoff erzeugen: Projektleiter Martin Roeb vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln spricht exklusiv mit ENERGLOBE.DE über Ergebnisse des EU-Projekts Hycycles.

„Endziel muss die Solar-Wasserstoff-Wirtschaft sein“, betonte Fritz Vahrenholt bereits 1998. Der damalige Shell-Vorstand ist heute im Vorstand des Essener Energieriesen RWE für Erneuerbare Energien zuständig. „Das Hycycles-Projekt bringt uns der emissionsfreien Herstellung von Wasserstoff einen großen Schritt näher und findet große internationale Beachtung“, sagt DLR-Vorstand Ulrich Wagner. Die praktischen Umsetzungschancen für dieses innovative Konzept seien sehr hoch, weil ein großer Teil der dort untersuchten Prozesse auf bereits etablierter Technik basiert. Langfristiges Ziel sei es, Wasserstoff 20 bis 30 Prozent billiger herzustellen – und dazu noch CO2-frei, so Projektleiter Roeb. Die Produktionskosten für den Energieträger liegen derzeit zwischen drei und sieben Euro pro Kilogramm, wenn er aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt wird.

Die Liste der beteiligten Forschungsinstitute ist prominent und international, denn das Projekt verfolgt einen interessanten Ansatz: Neben Solarwärme kommt auch Kernenergie als Energiequelle für den Kreislauf in Betracht. Das erklärt auch die Zusammenarbeit mit französischen, japanischen und US-amerikanischen Partnern aus dem Bereich Kernenergie, neben Instituten mit Expertise in Solarforschung. Das DLR in Person von Martin Roeb leitet das EU-Projekt.

Ein runder Prozess

Die Elektrolyse ist der Ausgangspunkt des Unterfangens. Vereinfacht dargestellt, werden Energie und Wasser zu Wasser- und Sauerstoff umgewandelt. Der Strom kann beispielsweise aus einem Gas-, Solar- oder auch Kernkraftwerk stammen. Je nach Kraftwerkstyp und Energiequelle wird Wasserstoff mit mehr oder weniger CO2-Emissionen erzeugt. Nachteil ist, dass diese herkömmliche Art der Wasserstofferzeugung mindestens so teuer bleibt wie der produzierte Kraftwerksstrom.

Genau hier setzen die Hycycles-Forscher an. Nicht Strom, sondern bereits die Wärme soll effizient in chemische Energie umgesetzt werden. „Dadurch wird die Energie nicht mehrfach gewandelt und die Verlustquellen werden minimiert“, erklärt Roeb. Der Kreislauf braucht eine kontinuierliche Zufuhr von Wasser und Energie. Während Wasser- und Sauerstoff entnommen werden, bleiben alle anderen Chemikalien weiter im Kreislauf. Beim Hycycles-Projekt sind das vor allem Schwefelsäure und Schwefeldioxid. Um gebündelte Solarenergie, die sogenannte CSP, in den Prozess zu integrieren, ist Schwefelsäure entscheidend; sie hilft die hohen Temperaturen auf ein praktikables Niveau zu bringen.

Solarreaktoren im Vorteil

Zwar können prinzipiell auch andere Energieträger eingesetzt werden, jedoch besitzt Solarenergie einen entscheidenden Vorsprung. Die für den Prozess nötigen 800 Grad Celsius sind bereits Standard bei der CSP-Technik in Solartürmen, die das DLR in Südspanien und in Jülich betreibt. Bei Nuklearreaktoren ist der Weg deutlich weiter, um Hochtemperaturanwendungen zu entwickeln. Studien belegen, dass Wasserstofferzeugung durch ein solarthermisches Kraftwerk mit anschließender Elektrolyse bei einem durchschnittlichen Jahreswirkungsgrad von 13 bis 14 Prozent möglich ist. Durch die Verwendung von Sonnenwärme würden über 20 Prozent erreicht. „Diese deutliche Steigerung war eine Hauptmotivation für das Projekt“, betont DLR-Forscher Roeb.

Er selbst hat sich zu Beginn seiner Forscherkarriere mit dem Recycling von Abfallstoffen beschäftigt. Als 2003 die Aufmerksamkeit für Wasserstoff zunahm, kam ihm die Idee zum Hycycles-Projekt. Er hat bereits am preisgekrönten Hydrosol-Projekt an entscheidender Stelle mitgearbeitet, das ebenfalls CO2-freien Wasserstoff erzeugte – nur mit einem anderem solar-chemischen Prozess. Für Hycycles sieht es ähnlich gut aus, wenn in den nächsten Wochen der Abschlussbericht bei der EU abgegeben wird.

Industrie ins Boot holen“

Im Labormaßstab sind die beteiligten chemischen Reaktionen lange bekannt. „Es ging vielmehr um die Umsetzung in einer Testanlage, die es erlaubt, die Ergebnisse auf industrienahe Maßstabe hochzurechnen“, sagt Roeb. Schwefelsäure wird in der Industrie seit langem benutzt, um beispielsweise Düngemittel, Kunst- oder Farbstoffe herzustellen. „Noch nicht bekannt war, wie man Schwefelsäure durch Solarwärme effektiv und praktikabel aufspaltet“, so der Forscher. Momentan würden fünf Kilowatt Solarstrahlung in einen Testreaktor beim DLR in Köln eingespeist, um wenige Kilogramm Schwefelsäure zu spalten. Rund ein Megawatt Sonnenstrahlung wäre eine angestrebte Demonstrationsgröße, die in einem Solarturm getestet werden kann.

Für die Industrie sei Hycycles hoch spannend, da die billige Massenchemikalie Schwefelsäure eingesetzt werde, verdeutlicht Roeb. Konzerne wie Evonik, BASF und Bayer stellen jährlich etliche hunderttausend Tonnen von Schwefelsäure her und würden auch das Recycling der Säure übernehmen. „Bei einer Demonstrationsanlage geht es jetzt darum, die Industrie für eine Beteiligung ins Boot zu holen“, so Roeb. Die Aussichten sind gut, Verhandlungen gebe es bereits.

Weitere Informationen:

Das Hycycles-Projekt: www.dlr.de

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

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Henry Kissinger,„World Order”, August 2014