Brennstoffzellen mit Wasserstofftank wären eine ideale Alternative für die Elektromobilität. Die Wasserstoffautos haben kurze Ladezeiten und lange Reichweiten. Doch es fehlt ein Tankstellennetz. Zwei Wissenschaftlerinnen arbeiten aktuell an einer interessanten Lösung: Zwischenspeicher aus Abfällen.
Womit werden Elektroautos angetrieben? Mit Lithium-Ionen-Akkus! Alle Elektroautos? Nein! Viel zu oft wird eine weitere Antriebsform für Elektrofahrzeuge übersehen: die Brennstoffzelle mit Wasserstofftank.
Wasserstoff als Treibstoff: lange Reichweiten, kurze Ladezeiten
Eigentlich komisch. Denn die Technologie bietet viele Vorteile, die die typischen Lithium-Ionen-Akkus nicht haben. Sie ist zunächst einmal ebenfalls emissionsfrei. Aus dem Auspuff kommt beim Wasserstoffauto lediglich harmloser Dampf heraus.
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Das Auftanken dauert außerdem weniger als fünf Minuten. Darüber hinaus bieten Wasserstoffautos locker Reichweiten von 500 Kilometer, oft auch noch mehr.
Um solche Reichweiten in Elektroautos mit den aktuellen Akkus zu erreichen, bauen Autohersteller derzeit riesige Batterien. Das erfordert mehr Ressourcen (zum Teil aus problematischen Quellen) und mehr Energie.
Viele Experten halten daher gerade die großen Elektro-SUVs für alles andere als nachhaltig oder sinnvoll.
Aus all diesen Gründen fördert die Bundesregierung den Bau und die Entwicklung von Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden – und das schon seit 2007. Allerdings sind es bislang vor allem japanische Hersteller, die an Wasserstoffautos arbeiten.
Es fehlt vor allem ein Tankstellennetz
Das hat mehrere Gründe. Die Brennstoffzellenantriebe sind komplexer in der Herstellung und damit auch teurer als der Bau von Lithium-Ionen-Akkus. Auch für Verbraucher sind Wasserstoffautos komplizierter im Gebrauch. Es ist viel einfacher eine Steckdose zum Laden zu finden als eine Wasserstofftankstelle.
Tatsächlich ist das Wasserstofftankstellen-Netz in Deutschland sehr dürftig. Auch das liegt unter anderem daran, dass es aufwendiger ist, Wasserstofftankstellen einzurichten als Ladestationen aufzustellen.
Doch anstatt darauf zu warten, dass die Politik hier aktiv wird, arbeiten zwei Wissenschaftlerinnen der Universität Hohenheim an einer interessanten Lösung: Wasserstoff-Zwischenspeicher aus Lebensmittelresten.
Wasserstoffspeicher aus abgenagten Maiskolben
Dabei wird über verschiedene chemische Karbonisierungsverfahren aus der Biomasse ein hoch poröses kohlenstoffreiches Material. Dieses wiederum kann Wasserstoffmoleküle besonders gut absorbieren und damit speichern.
Andrea Kruse und Catalina Rodriguez Correa haben in ihrem Versuch zunächst mit Bambusabfällen gearbeitet. „Das Verfahren funktioniert aber mit jeder Form von Biomasse. Bambus ist ein Abfallprodukt aus Asien. In Deutschland könnte man zum Beispiel auch mit abgenagten Maiskolben arbeiten“, erklärt Rodriguez Correa im Gespräch mit Mobility Mag.
Die Idee hinter dem Forschungsprojekt: Bioabfälle in Energie umwandeln. (Foto: Uni Hohenheim)
Den beiden Wissenschaftlerinnen ist es wichtig, dass für das Verfahren keine Ressourcen vergeudet werden oder Nahrungsmittel selbst verwendet werden. Sie setzen deshalb auf Bioökonomie, bei der aus Bioabfällen hochwertige Produkte entstehen.
Bambusspeicher ist einfacher und weniger gefährlich
Ihre ersten Ergebnisse klingen vielversprechend. Der Bambus-Wasserstoffspeicher, den Andrea Kruse und Catalina Rodriguez Correa entwickelt haben, ist einfacher und weniger gefährlich als bisherige Speicher für das Gas.
Denn um Wasserstoff zu komprimieren, benötigen aktuelle Speicher etwa einen Druck von 300 bis 350 bar. Der Bio-Speicher von Kruse und Rodriguez Correa kommt mit 1 bar aus. Auch kann er durch seine poröse Struktur mehr Wasserstoff speichern als die gängigen Tanks, was ihn um bis zu 12 Prozent energieeffizienter macht.
Das große Problem ist bislang noch, dass der Wasserstoff sich bei diesem Verfahren erst bei -196 Grad verflüssigt. Damit könnte man die Zwischenspeicher zwar an Tankstellen lagern. Das könnte immerhin das Tankstellennetz-Problem lösen. Doch das große Ziel der Forscherinnen ist es, die Bambusspeicher wie Batterien in die Autos selbst einzusetzen.
Auch autarke Energieversorgung möglich
Die nächste Forschungsstufe ist es daher, den Prozess bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Sollte das gelingen, wären Autofahrer nicht nur unabhängig von einem Tankstellennetz.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit wäre außerdem ein Stromspeicher für „überschüssige“ Energie aus erneuerbaren Energien. Derzeit wird diese Energie entweder exportiert oder im Boden gespeichert, wenn man den Energieüberschuss nicht in das Netz eingespeisen kann.
Die überschüssige Energie kann jedoch für die Elektrolyse von Wasser genutzt werden und so Wasserstoff erzeugen. Doch dieser muss irgendwo gespeichert werden. Erdgasnetze bieten nur eine geringe Speicherkapazität. Der Bambus-Wasserstoffspeicher von Andrea Kruse und Catalina Rodriguez Correa könnte hier eine weitere Lösung sein.
Auch für autarke Energieversorgung ist das ein interessanter Ansatz.
Könnte man den Wasserstoff so unkompliziert speichern – und anschließend auch wieder zu Strom umwandeln – könnte das Gas wesentlich attraktiver für die Elektromobilität werden.
Doch bis der Speicher der beiden Wissenschaftlerinnen der Uni Hohenheim so weit ist, wird es wohl noch einige Jahre dauern, sagt Andrea Kruse: „Optimistisch geschätzt wären wir mit unserer Forschung in vier Jahren so weit.“
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