Das derzeit gängigste großtechnische Verfahren der Wasserstoffgewinnung ist die Elektrolyse von Wasser. Die Wasserelektrolyse wird in ihrer konventionellen Form, der alkalischen Elektrolyse, seit über 80 Jahren kommerziell eingesetzt. Bei der konventionellen Wasserelektrolyse werden Kathoden- und Anodenraum durch ein ionendurchlässiges Diaphragma getrennt. In dem alkalisch, wässrigen Elektrolyten entsteht an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff. Das Diaphragma verhindert ein Vermischen. Bei Optimierung in großtechnischen Elektrolyse-Anlagen kann ein Wirkungsgrad zwischen 60 % und 80 % erreicht werden. Aufgrund des hohen Energiebedarfs des Elektrolyseverfahrens wäre jedoch nur dann eine unter Umweltaspekten betrachtet nachhaltige Möglichkeit der Wasserstoffbereitstellung zu sehen, wenn die dafür benötigte Energie durch regenerativ erzeugten Strom aus Wasser-, Solar-, oder Windkraftwerken gedeckt würde.
Das sich in der Pilotphase befindende Kvaerner-Verfahren im Plasmabogen bietet hier eine sauberere Lösung. Kohlenwasserstoffe werden bei 1600 °C unter Zugabe von Energie in Reinstkohle und Wasserstoff getrennt. Dieses Verfahren hat unter Berücksichtigung aller verwertbaren Produkte einen Wirkungsgrad von nahezu 100 % und es treten beim Prozess an sich keine nennenswerten Emissionen auf. Jedoch hätte auch dieses Verfahren einen sehr hohen Energiebedarf. Als wichtiges regeneratives Verfahren der Wasserstoffherstellung wird derzeit die Vergasung und Pyrolyse von Biomasse mit anschließender Shiftreaktion (Konvertierung von Kohlenmonoxid und Wasserdampf in Kohlendioxid und Wasserstoff) angesehen. Zur Zeit ist jedoch noch kein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse auf dem Markt erhältlich. Beim Verfahren der Wasserdampfvergasung von Biomasse fallen im ersten Schritt Koks, Methanol und Faulgase an, welche im zweiten Schritt mit Sauerstoff und Wasserdampf zu einem wasserstoffreichen Mischgas reagieren. Sofern sich die Verfahren der Wasserstoffherstellung aus Biomasse als praxistauglich bewähren sollten und mit geringen Adaptionen auch die Vergasung von organischen Abfallstoffen bis hin zu Restmüll problemlos gelingen sollte, kann hier mittelfristig für die kommenden 5 bis 20 Jahre ein großes Erzeugungspotential gesehen werden, das prinzipiell zur Treibstoffversorgung eines wesentlichen Prozentsatzes von Straßenfahrzeugen ausreichend wäre. Das Sekundärrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pumpe (SVZ) entwickelt beispielsweise momentan ein Verfahren, mit dem das aufgrund der BSE-Krise quasi über Nacht zu Sondermüll gewordene Tierfett und Tiermehl zu Methanol verwertet werden könnte. Die photobiologische Wasserstofferzeugung durch Photosynthese oder Fermentation steht noch am Beginn der Entwicklung, wobei viele chemische Grundfragen bisher ungeklärt sind. Momentan werden auch Versuche zur Artifiziellen Bakterien-Algen-Symbiose von der Fachabteilung Bionik und Evolutionstechnik an der Technischen Universität Berlin mit der Blaualge Nostoc muscorum durchgeführt, deren vegetative Zellen und Heterozysten eine Art biologisches Haber-Bosch-Verfahren betreiben können. Fehlt es am Synthesepartner Stickstoff, wird Wasserstoff freigesetzt. Mit pulverförmigem Kupferoxid als Katalysator gelang es
japanischen und spanischen Wissenschaftlern angeblich 1998, bei Zimmertemperatur und normalem
Licht Wasserstoff vom Sauerstoff zu trennen. Hierbei handelt es sich jedoch
ebenfalls noch um Grundlagenforschung. Das Katalyseverfahren
wäre für eine zukünftige Bereitstellung größerer
Mengen von Wasserstoff für den Transportsektor äußerst interessant, da
hierbei neben solarer Energie keine zusätzliche Energieeinbringung wie bspw. bei der Elektrolyse von
Wasser notwendig wäre. |
Der Anteil des aus fossilen Quellen gewonnenen Wasserstoffs
an der weltweiten Gesamtproduktion beläuft sich derzeit auf knapp 40 %. Hierbei
ist Wasserstoff allerdings zumeist ein Nebenprodukt der chemischen Industrie bei
der PVC-Herstellung und der Rohölraffinerie. Der Wasserstoff entsteht hierbei
durch Dampfreformierung von Erdgas, durch partielle
Oxidation schwerer Kohlenwasserstoffe oder
durch partielle Oxidation von Kohle.
Eine Wasserstofferzeugung mit diesen Verfahren für die
Bereitstellung des Wasserstoffs als Energieträger für den mobilen Einsatz wäre
jedoch aus umweltspezifischen Gesichtspunkten (CO2-Emissionen bei der
Herstellung) längerfristig nicht vertretbar.