Energie & Umwelt

Das Team des Imperial College produziert Wasserstoff aus Algen

Das Team des Imperial College produziert Wasserstoff aus Algen


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[Bildquelle:Roland Tanglao, Flickr]

Wasserstoff ist ein sehr sauberer Kraftstoff, der zunehmend als Fahrzeugkraftstoff und zur Stromerzeugung verwendet wird. Das Problem ist, wie man es effizient produziert, ohne signifikante Kohlenstoffemissionen zu erzeugen und zu wettbewerbsfähigen Kosten. Ein Forscherteam am Imperial College untersucht derzeit das Problem und glaubt zu wissen, wie es geht.

Brennstoffzellenfahrzeuge

Fahrzeuge können mit einer Wasserstoffbrennstoffzelle ausgestattet werden, die die chemische Energie von Wasserstoff in mechanische Energie umwandelt. Brennstoffzellen tun dies durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, die wiederum einen Elektromotor antreibt. Diese Art des Antriebs von Fahrzeugen ist heute ein wichtiger Bestandteil der europäischen Wasserstoffwirtschaft.

Im September 2009 führten eine europäische Gruppe von Unternehmen, Regierungsorganisationen und eine Nichtregierungsorganisation (NRO) eine Studie über Personenkraftwagen durch, um alternative Antriebsstränge zu entwickeln, d. H. Solche, die nicht konventionell mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Einige dieser Unternehmen haben ein besonderes Interesse an der Entwicklung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs) und Wasserstoff sowie ein Interesse an anderen Technologien für erneuerbare Fahrzeuge wie Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hybride (PHEVs) als Alternative zu ihren konventionell hergestellten Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen, die von einem Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben werden. Der Hauptvorteil dieser Fahrzeugtypen besteht darin, dass sie im Laufe der Zeit möglicherweise als vollständig emissionsfreie Fahrzeuge entwickelt werden könnten. Aus diesem Grund ist die Entwicklung solcher Fahrzeuge ein wichtiger Bestandteil der Dekarbonisierungsbemühungen, die derzeit von Ländern auf der ganzen Welt unternommen werden.

Technologische Durchbrüche bei Brennstoffzellen- und Elektrosystemen haben in den letzten Jahren die Effizienz und Kostenwettbewerbsfähigkeit von Elektrofahrzeugen und Brennstoffzellenfahrzeugen erheblich gesteigert, sodass sie jetzt für die Kommerzialisierung und Massenproduktion bereit sind, um Skaleneffekte zu nutzen. Die EU hat jetzt auch realistische Ziele für die Dekarbonisierung des Verkehrssektors bis 2050 festgelegt. Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge sind ein wichtiger Bestandteil dieser Ziele.

Die Kosten für Brennstoffzellensysteme werden voraussichtlich bis 2025 um 70 Prozent sinken, was hauptsächlich auf die zunehmende Auslastung der Tankinfrastruktur und Skaleneffekte zurückzuführen ist. Die Tankinfrastruktur macht etwa 5 Prozent der Gesamtkosten von FCEVs aus oder zwischen 1000 und 2000 Euro pro Auto. Der Wert von FCEVs wird daher nach 2030 sowohl hinsichtlich der Gesamtbetriebskosten (TCO) als auch der Emissionen zunehmend positiv. Infolgedessen treten FCEVs bereits auf dem europäischen Fahrzeugmarkt auf.

Wie man Wasserstoff produziert

Wasserstoff kommt nicht auf natürliche Weise vor, obwohl er ein Energieträger ist. Die überwiegende Mehrheit der vorhandenen Bestände besteht aus Methan. Die Produktion aus erneuerbaren Energiequellen ist rentabel, aber teuer. Darüber hinaus weist Wasserstoff bei der Herstellung aus Erdgas eine hohe Emissionsintensität auf.

Um diese Probleme anzugehen, beginnen Forscher am Imperial College in London, Großbritannien, Algen als Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff mithilfe der Sonne zu untersuchen. Algen sind einer der ältesten Organismen auf dem Planeten und seit Milliarden von Jahren auf der Erde präsent. Algen wandeln Sonnenlicht äußerst effizient in Energie um und produzieren dabei Wasserstoff.

"Ich glaube nicht, dass wir uns einen besseren Ausgangspunkt hätten wünschen können", sagte Pongsathorn Dechatiwongse, ein Doktorand am Imperial College. "Die Natur hat eine erstaunliche Blaupause geliefert, und wenn wir den Prozess nutzen können, erhalten wir saubere, erneuerbare Energie."

Pongsathorn studiert an der Gruppe für Reaktionstechnik und katalytische Technologie des Imperial College, einem multidisziplinären Team von Wissenschaftlern aus den Bereichen Chemie, Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften. Ziel der Gruppe ist es, Katalysatoren, Reaktoren und Verfahren für die Chemie- und Brennstoffsynthese, die Energieumwandlung sowie für die Behandlung von Abwässern, Abfällen und verbrauchten Katalysatoren zu konzipieren, zu entwerfen, zu konstruieren, zu modellieren, zu charakterisieren, zu steuern und zu optimieren. Es verwendet Computermodellierung als wichtigen Teil seiner fortgeschrittenen experimentellen Studien. Pongsathorn selbst befasst sich mit der Entwicklung und dem Bau von Maschinen, die Algen als Teil eines Bioreaktors verwenden, der Wasserstoff produziert. Das Problem ist jedoch, wie dies im industriellen Maßstab zu tun ist. Aus diesem Grund interessiert er sich besonders für die zugrunde liegenden Mechanismen dieses Prozesses und die Bedingungen, unter denen Algen effektiv arbeiten können.

"Es ist wie ein Workflow, und wir müssen jeden Schritt kennen und wissen, was ihn beschleunigen oder verlangsamen kann", fügte Pongsathorn hinzu. "Sie würden nicht glauben, welchen Unterschied subtile Änderungen in der Form eines Behälters bewirken können."

Leider sind die idealen Bedingungen für die Erzeugung von Wasserstoff für die Algen toxisch, was bedeutet, dass die meisten Systeme eine begrenzte Lebensdauer haben. Die Lösung hierfür wäre, weiterhin Algen in das System einzuspeisen. Dies erfordert jedoch einen kontinuierlichen manuellen Eingriff.

Oder doch?

Pongsathorn hat ein System mit zwei Bioreaktoren erforscht, von denen einer für das Algenwachstum und der andere für die Wasserstoffproduktion geeignet ist. Der Trick besteht dann darin, sicherzustellen, dass dem zweiten System Algen mit der gleichen Geschwindigkeit zugeführt werden, mit der Algen sterben. Auf diese Weise ist es dem Team am Imperial College gelungen, eine zuverlässige kontinuierliche Wasserstoffproduktion aufrechtzuerhalten, aber es ist ein ziemlich heikler Balanceakt. Bisher ist es dem Team gelungen, die Wasserstoffproduktion an 31 aufeinander folgenden Tagen aufrechtzuerhalten und sechsmal mehr Wasserstoff als in einem Einkammerreaktor zu produzieren.

Das Team beabsichtigt nun, den Prozess von der gegenwärtigen Laborphase auf ein Outdoor-System auszudehnen. Derzeit versuchen sie, einen Bioreaktor für Plastiktüten zu entwickeln, der auf einigen Dächern des Campus des Imperial College in South Kensington aufgestellt werden könnte. Sie haben auch die Ergebnisse ihrer bisherigen Forschung in der Zeitschrift Algal Research veröffentlicht.


Schau das Video: Endlich Grüner Wasserstoff! So gewinnen deutsche Forscher emissionsfrei Wasserstoff. Breaking Lab (Juli 2022).


Bemerkungen:

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