US-Forscher: Ethanol ist ideal für die Wasserstoffproduktion aus Biomasse

Amerikanische Forscher propagieren Ethanol als idealen Lieferanten für Wasserstoff aus Biomasse: Aus einer Mischung des Alkohols mit Wasser könne besonders effizient und billig Wasserstoff für Brennstoffzellen hergestellt werden, sagen Gregg Deluga von der Universität von Minnesota und seine Kollegen. Die Wissenschaftler haben eine neue Reformeranlage entwickelt und die Kosten und Energieeffizienz eines solchen Systems durchgerechnet.

Der Biomasse wird unter den regenerativen Energiequellen ein besonders hohes Potenzial eingeräumt, da diese in den meisten Ländern der Erde verfügbar ist. Aus bei Durchforstungen anfallenden Holzresten, ungenutzten Pflanzenteilen aus der Landwirtschaft, aber auch eigens angebauten, schnell wachsenden Pflanzenarten könnten große Mengen von Kohlenwasserstoffverbindungen gewonnen und als Energiequelle genutzt werden. Ein großer Vorteil von Biomasse ist, dass deren Produktion und Nutzung das Klima nicht oder nur wenig belastet, da das Kohlendioxid in einem stetigen Kreislauf bleibt.

Zur Gewinnung von Wasserstoff aus Biomasse sind zahlreiche Verfahren und chemische Reaktionen möglich. Besonders effektiv funktioniert dies jedoch, wenn aus der Biomasse zunächst der Alkohol Ethanol hergestellt wird, haben Deluga und seine Kollegen nachgewiesen. Diese Umwandlung kann durch Fermentierung von Stärke, Zucker oder billigen Pflanzenresten geschehen.

Die Forscher entwickelten dazu ein Verfahren, das vom chemischen Prinzip her der so genannten Dampfreformierung ähnelt, wie sie auch in vielen Klein- und Großanlagen zur Reformierung von Erdgas angewandt wird: Dabei wird dem Alkohol (C2H5OH) Wasser zugesetzt. Das Gemisch wird verdampft und gemeinsam mit Luft in eine Röhre gepresst, die einen porösen Durchlass aus den Katalysatormaterialien Rhodium (Rh) und Cer (Ce) enthält. Bei Temperaturen von rund 700 Grad reagiert das Gemisch in zwei Schritten zu Wasserstoff und Kohlendioxid. Besonders effektiv ist diese Reaktion deshalb, weil auch der im zugesetzten Wasser enthaltene Wasserstoff zum Gesamtertrag dieses Gases beiträgt. Ausgehend vom im Ethanol enthaltenen Wasserstoff ergibt das Verfahren eine Wasserstoffausbeute von 167 Prozent.

Warum Ethanol sich besonders günstig in Brennstoffzellen einsetzen lässt, rechnen Deluga und seine Kollegen in ihrer Studie vor: Bei der Herstellung reinen Ethanols geht ein erheblicher Teil der ursprünglich enthaltenen Energie verloren. Doch ein großer Anteil dieses Verlusts entsteht durch die bei dem Prozess nötige Entfernung von Wasser. Da dem Ethanol bei der Dampfreformierung ohnehin Wasser zugesetzt werden muss, könnte die Herstellung eines Ethanoltreibstoffs für Brennstoffzellen deutlich billiger sein: Statt reinem Ethanol wird für den Reformer in der Brennstoffzelle dann ein Alkohol-Wasser-Gemisch verwendet.

Nach Angaben der Wissenschaftler werden in den USA werden derzeit bereits knapp 13 Milliarden Liter Ethanol pro Jahr aus Biomasse hergestellt. Der flüssige Alkohol wird gewöhnlichem Benzin für Verbrennungsmotoren zugesetzt und verbrannt. Eingesetzt in Brennstoffzellen könnte Ethanol jedoch wesentlich effizienter genutzt werden, sagen die Wissenschaftler: Insgesamt könnten mit einer solchen Kombination von Reformer und Brennstoffzelle sogar rund 50 Prozent der beispielsweise in Zucker ursprünglich enthaltenen Energie genutzt werden.