Energie aus Zucker: Wie aus Biomasse Treibstoff für Brennstoffzellen wird

Pack den Zucker in den Tank: Amerikanische Forscher haben im Fachmagazin „Nature“ ein besonders einfaches Verfahren vorgestellt, aus einer Glukoselösung Wasserstoff herzustellen. Die Entwicklung könnte einmal die wirtschaftliche Gewinnung von Wasserstoff aus Biomasse ermöglichen.

Bei dem neuen Verfahren wird eine Glukoselösung auf etwa 240 Grad Celsius erhitzt und einem Druck von dreißig bis fünfzig Bar ausgesetzt. Mithilfe von Platinkatalysatoren kommt eine chemische Reaktion in Gang, bei der sich der Zucker in Wasserstoffgas und Methan (Erdgas) zersetzt. Der Wasserstoff könnte dann eine Brennstoffzelle direkt versorgen. Wird eine Hochtemperaturbrennstoffzelle eingesetzt, könnte auch das Methan direkt genutzt werden, das ansonsten in einem vorgeschalteten Reformer in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt werden muss.

Zwar fällt bei dem Verfahren auch das Treibhausgas Kohlendioxid an, doch befindet es sich in einen geschlossenen Kreislauf: Beim Aufbau der Biomasse entnehmen die Pflanzen der Luft genau die Menge Kohlendioxid, die später wieder frei wird.

Hergestellt werden kann eine solche Zuckerlösung aus Biomasse verschiedenster Herkunft, erläutert James Dumesic, Professor an Universität in Madison (USA), wo die neue Technik entwickelt wurde. Denkbar seien unter anderem Abfälle aus der Land- und Forstwirtschaft, Reste aus der Holzverarbeitung oder aus der Papierherstellung.

Erprobt haben die Wissenschaftler das Verfahren nicht nur an Glukose, sondern auch an chemisch einfacheren Flüssigkeiten wie Ethylen-Glykol und Methanol. Mit großem Erfolg: Die Wasserstoffausbeute bei Methanol lag mit 99 Prozent extrem hoch. Damit könnte die Technik auch bei Brennstoffzellensystemen Anwendung finden, die mit Methanol als Energieträger arbeiten.

Als großer Vorteil – gerade für Brennstoffzellen – erwies sich dabei die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren nur geringe Temperatur. Dadurch wird Energie eingespart, was den Vorgang effizienter macht, und es entstehen nur sehr geringe Mengen Kohlenmonoxid – ein Gas, das in Niedertemperaturbrennstoffzellen die Katalysatoren blockiert und die Leistungsfähigkeit der Zellen drastisch reduzieren kann. Der Anteil dieses so genannten Katalysatorgiftes sei so gering, dass Brennstoffzellen direkt mit den Gasen aus der Anlage versorgt werden könnten, so die Entwickler.

Trotz der Erfolge sei das Verfahren von der kommerziellen Anwendung noch weit entfernt, räumen die Wissenschaftler ein. Einige Verfeinerungen stünden noch aus, beispielsweise bei den Katalysatoren, die bei dem Prozess benötigt werden und noch sehr teuer sind. Die Forscher sind jedoch überzeugt, dass mit ihrem Verfahren einmal aus Biomasse wirtschaftlich Wasserstoff gewonnen werden kann.

Bisher stammt der in Brennstoffzellen umgesetzte Wasserstoff hauptsächlich aus Erdgas. Die dafür bereits vorhandene Infrastruktur wird es der Brennstoffzelle ermöglichen, sich auf dem Markt durchzusetzen. Fernziel ist jedoch die Herstellung des Brennstoffs aus erneuerbaren Energien. Biomasse könnte bei diesem Energiemix der Zukunft einen wichtigen Anteil haben, schätzen Experten.

Ulrich Dewald