Wasserstoff wird wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei unseren Bemühungen spielen, uns von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen, aber seine umweltfreundliche Herstellung erfordert enorme Mengen an Wasser. Jetzt haben Forscher eine neue Technik entwickelt, die Wasserstoff selbst in den trockensten Klimazonen aus dem Nichts herstellt.
Während erneuerbare Energien und Batterietechnologie große Fortschritte bei der Dekarbonisierung großer Teile des Energie- und Verkehrssektors machen, könnte auch Wasserstoff ein wichtiger Bestandteil des Energiemixes sein. Es kann wie herkömmliche Brennstoffe verbrannt werden, aber das einzige Nebenprodukt, das dabei freigesetzt wird, ist Wasser. Es hat eine anständige Energiedichte, was es zu einer vielversprechenden Lösung für Anwendungen mit strengen Gewichtsanforderungen wie der Luftfahrt macht, und es kann auch eine nützliche Möglichkeit sein, Energie über längere Zeiträume zu speichern.
Doch wie umweltfreundlich der Kraftstoff Wasserstoff ist, hängt stark davon ab, wie er hergestellt wird. Heute ist der Großteil sogenannter „grauer Wasserstoff“, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird und erhebliche Treibhausgasemissionen verursacht. Damit Wasserstoff zur Dekarbonisierung beitragen kann, müssen wir auf „grünen Wasserstoff“ umsteigen, der von Elektrolyseuren produziert wird, die Wasser mit erneuerbarer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff spalten.
Eine Herausforderung besteht darin, dass viele der Orte mit den besten erneuerbaren Energiequellen mit Wasserknappheit zu kämpfen haben. Aber jetzt haben Forscher der University of Melbourne in Australien eine neue Technik entwickelt, die in der Lage ist, Wasserstoffbrennstoff aus Feuchtigkeit zu erzeugen, die aus der Luft aufgenommen wird. Darüber hinaus funktioniert es auch dann, wenn die Luftfeuchtigkeit unter der in den trockensten Wüsten der Welt liegt.
„Die Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Luft zu nutzen, macht dieses DAE-Modul (Direct Air Electrolyzer) für den Einsatz in abgelegenen, trockenen und halbtrockenen Umgebungen geeignet, in denen der Zugang zu Süßwasser ein großes Problem darstellt“, sagte Gang Kevin Li sagte Newsweek. „In den meisten Gebieten der Erde mit hohem Sonnen- und Windpotenzial fehlt es an Süßwasser.“
Der Zugang zu Wasser wäre ein großes Problem, wenn die Produktion von grünem Wasserstoff erheblich gesteigert werden soll. In einem Papier in Nature Communications veröffentlicht , Die Forscher weisen darauf hin, dass mehr als ein Drittel des Planeten trocken oder halbtrocken ist und dass es eine erhebliche Überschneidung zwischen Gebieten mit Wasserknappheit und denen mit dem größten Solar- und Windenergiepotenzial gibt.
Selbst in den trockensten Klimazonen befindet sich jedoch eine beträchtliche Menge Feuchtigkeit in der Luft. Die Forscher stellen fest, dass selbst an Orten wie der Sahel-Wüste die relative Luftfeuchtigkeit im Durchschnitt immer noch bei etwa 20 Prozent liegt. Also machten sie sich daran, einen Weg zu finden, diese ungenutzte Wasserressource zur Herstellung von Wasserstoff zu nutzen.
Ihr Gerät besteht aus einer Wassersammeleinheit, in der sich ein Schwamm befindet, der mit einer wasserabsorbierenden Flüssigkeit getränkt ist, die Feuchtigkeit aus der Luft ziehen kann. Auf beiden Seiten dieses Reservoirs befinden sich Elektroden, die mit jeder erneuerbaren Energiequelle betrieben werden können. Wenn ein Strom durch den Kreislauf fließt, wird das Wasser durch Elektrolyse in seine Bestandteile Sauerstoff- und Wasserstoffatome gespalten, die dann als Gas gesammelt werden können.
Das Team zeigte, dass das Gerät 12 aufeinanderfolgende Tage effizient betrieben werden konnte und Wasserstoff mit einer Reinheit von 99 Prozent produzierte. Außerdem arbeitet das Gerät bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von nur vier Prozent weiter.
Um das reale Potenzial zu testen, baute das Team fünf Elektrolyseure parallel auf und platzierte sie im Freien, wo sie von einem Solarpanel mit Strom versorgt wurden. Die Anlage konnte durchschnittlich 745 Liter (197 Gallonen) Wasserstoff pro Quadratmeter und Tag produzieren.
Das sei etwa die Hälfte dessen, was ein herkömmlicher, wassergespeister Elektrolyseur unter ähnlichen Umweltbedingungen produzieren würde, sagt Simon Bennett von der Internationalen Energieagentur sagte New Scientist, aber nicht schlecht für ein Gerät, das mit Feuchtigkeit betrieben wird.
Ein großes Problem bei Wasserstoffbrennstoffen ist die Tatsache, dass sich die Infrastruktur zu seiner Verteilung stark von der unterscheidet, die für heutige fossile Brennstoffe verwendet wird, und häufig Hochdruck- und sogar Tieftemperaturspeicherung erfordert. Wie Li darauf hinwies Newsweek, könnte ein Gerät wie dieses, mit dem Wasserstoff überall hergestellt werden kann, dazu beitragen, die Produktion zu verteilen, wodurch einige dieser Probleme umgangen werden könnten.
Im Moment sind die Kosten jedoch die größte Barriere für grünen Wasserstoff. Bis die Elektrolyseur-Technologie im Preis sinkt und effizienter wird, wird Wasserstoff wahrscheinlich nicht mit herkömmlichen Kraftstoffen konkurrieren, ob aus dem Nichts oder nicht.
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