Während die Welt versucht, sich aus dem Griff fossiler Brennstoffe zu befreien, suchen Wissenschaftler schnell nach tragfähigen Alternativen, die uns in eine grünere Zukunft führen können. Einer dieser alternativen Kraftstoffe ist Wasserstoff.
Wasserstoff ist neben Kohlenstoff einer der Bausteine des organischen Lebens, reiner elementarer Wasserstoff ist jedoch schwer zu bekommen – er kommt in der Atmosphäre nur mit etwa 0.6 Teilen pro Million vor. Eine Wasserstoffherstellung im industriellen Maßstab ist daher notwendig, um eine praktische Option zu sein.
Was sind also die verschiedenen Quellen und Methoden der Wasserstofferzeugung? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.
Einmal isoliert, ist Wasserstoff als Brennstoffquelle für Verbrennungsmotoren, Brennstoffzellen und als Alternative zur Erdgasheizung sehr vielversprechend.
Während Wasserstoff ein farbloses Gas ist, wurde die Diskussion um zweiatomigen Wasserstoff farbcodiert, um leicht zwischen verschiedenen Quellen und Produktionsprozessen unterscheiden zu können. Sie sind nicht formal definiert, aber sie sind eine nützliche Nomenklatur, wenn es darum geht, Nachhaltigkeit in der Branche zu verstehen.
Grauer Wasserstoff ist derzeit die am weitesten verbreitete Produktionsmethode und macht fast 50 % des insgesamt hergestellten Wasserstoffs aus. Dieser Prozess nimmt Erdgas – nämlich Methan – und reagiert es mit Wasser in einem Prozess namens Dampf-Methan-Reformierung. Diese Reaktion erzeugt Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid, wobei letzteres giftig ist, sodass es weiter mit Wasser umgesetzt wird, um durch die Wasser-Gas-Shift-Reaktion Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen.
Dieser Prozess ist sehr energieintensiv, um eine Umgebung mit hoher Hitze aufrechtzuerhalten, außerdem erzeugt er auch erhebliche Mengen an Kohlendioxid (5-6 Tonnen für jede Tonne produziertes Wasserstoffgas).
Brauner und schwarzer Wasserstoff bezieht sich auf das, was aus Braun- und Steinkohle gewonnen wird. Die Kohle wird in einem als Kohlevergasung bezeichneten Prozess mit Dampf und Sauerstoff erhitzt und teilweise oxidiert, um Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser und Wasserstoffgas zu erzeugen. Das Kohlenmonoxid kann weiter umgesetzt werden, um toxische Nebenprodukte zu reduzieren.
Diese Methode der Wasserstoffproduktion ist genau die gleiche wie grau, braun und schwarz und bezieht sich auf Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird. Das bei der Reaktion entstehende Kohlendioxid wird jedoch aufgefangen, um seine Freisetzung in die Atmosphäre zu vermeiden und die Auswirkungen des Klimawandels zu verringern. Es kann entweder tief unter der Erde gelagert werden (in der Hoffnung, dass es wieder zu fossilen Brennstoffen wird) oder für andere industrielle Prozesse wiederverwendet werden.
Grüner Wasserstoff bezieht sich meistens auf den Prozess der Herstellung von Wasserstoff durch elektrolytische Spaltung von Wasser, bei dem der Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energien stammt. Dieser Prozess verwendet Elektrizität, um Wasser durch Oxidations- und Reduktionsprozesse in Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu zersetzen.
Grüner Wasserstoff kann sich auch allgemeiner auf jede erneuerbare Form der Wasserstofferzeugung beziehen, einschließlich Vergasung oder Dampfreformierung von Biomasse und Biokraftstoffen, im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen.
Derzeit stammen nur etwa 4 % des industriell hergestellten Wasserstoffs aus Elektrolyse, ein noch geringerer Anteil aus rein erneuerbaren Stromquellen. Dies liegt vor allem daran, dass die Wasserspaltung kein kostengünstiges Verfahren ist, aber mit zunehmender Verbreitung werden diese Kosten mit denen von Gas und Erdöl vergleichbar sein.
Gelber Wasserstoff ist eine weniger spezifische Form von grünem Wasserstoff, da er zur Beschreibung der Wasserspaltung durch Elektrolyse unter Verwendung einer beliebigen Stromquelle verwendet wird. Es wird manchmal verwendet, um die solarbetriebene Elektrolyse zu spezifizieren, kann aber auch andere Quellen elektrischer Energie wie Wind, Wasserkraft oder die Verbrennung fossiler Brennstoffe umfassen.
Auch als rosafarbener oder roter Wasserstoff bekannt, ist dies wiederum ein hydrolytischer Prozess zur Erzeugung von Wasserstoff aus der Spaltung von Wasser. Dies bezieht sich jedoch speziell auf Strom, der durch Kernspaltung in Kernkraftwerken erzeugt wird. Während es keine Treibhausgase wie Kohlendioxid emittiert, gibt es andere Umweltauswirkungen, die mit Atommüll verbunden sind.
Dieses Verfahren verwendet wie grauer Wasserstoff Erdgas als Ausgangsstoff. Anstelle einer Dampfreformierung wird das Methan jedoch erhitzt, sodass es sich thermisch in Wasserstoffgas und festen Kohlenstoff (im Gegensatz zu Kohlendioxid) zersetzt. Das ist umweltfreundlich im Hinblick auf die Treibhausgasemissionen, jedoch ist der Energieaufwand, der erforderlich ist, um Methan so weit zu erhitzen, dass es sich zersetzt (knapp über 1000 °C), nicht unerheblich.
Dies ist eine der weniger bekannten Farben von Wasserstoff und bezieht sich auf den seltenen natürlich vorkommenden geologischen Wasserstoff. Dies wird normalerweise als Nebenprodukt der Raffination fossiler Brennstoffe gewonnen.
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