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Studie: So wollen Forschende Wasserstoff aus der Luft gewinnen

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Von: Constantin Hoppe

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Grüner Wasserstoff wird bereits heute als Energieträger der Zukunft gehandelt. Doch die Gewinnung ist vielerorts schwer. Das könnte sich nun ändern.

Melbourne – Grüner Wasserstoff gilt als einer der wichtigsten Pfeiler der Energiewende. Gewonnen unter der Nutzung von erneuerbaren Energien, kann der sogenannte grüne Wasserstoff als wichtiges Speichermedium für überschüssigen Strom aus Wind und Fotovoltaik dienen. Auch als Kraftstoff wäre er geeignet und könnte damit angesichts des Klimawandels den Grundstein für eine kohlenstoffarme Wirtschaft bilden.

Doch für die Herstellung wird flüssiges Wasser benötigt – im Idealfall reines Süßwasser – und schon jetzt haben zahlreiche Länder Probleme mit ihrem Grundwasserspiegel. Auch erste Anlagen zur Gewinnung von Wasserstoff aus Salzwasser existieren bereits, haben jedoch mit der Entstehung von Chlorgas bei der Produktion zu kämpfen.

Was aber, wenn ein Standort für die Nutzung von Wind- oder Solarenergie geeignet ist, sich jedoch kein Wasser in der Nähe gewinnen lässt? Dafür haben nun australische Forschende möglicherweise eine Lösung gefunden. Sie schafften es in einem Versuch, Wasserstoff direkt aus der Luft zu gewinnen, wie sie in der naturwissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications berichteten.

Wasserstoff-Gewinnung aus der Luft selbst an den trockensten Orten der Welt möglich

Mehr als ein Drittel der Landfläche der Erde ist trocken oder halbtrocken, wo der Zugang zu Süßwasser für das tägliche Leben äußerst schwierig ist, erklärten die Forscher:innen der Universität Melbourne in ihren Ergebnissen. Und doch beherbergen diese Landstriche rund 20 Prozent der Weltbevölkerung. Gerade in diesen Gegenden ist jedoch die Nutzung von Wind- oder Solaranlagen besonders vielversprechend.

Produktion von Brennstoffzellensystemen für BMW
Ein Mitarbeiter von BMW bei der Herstellung von Brennstoffzellen. Mittel- und langfristig könnte ein Teil der Elektroautos aber auch mit Wasserstoff und Brennstoffzelle fahren. © Tom Kirkpatrick/dpa

Doch selbst in diesen Trockenregionen gibt es eine Wasserressource, die genutzt werden könnte: die Luft. Selbst in den trockensten Regionen der Erde beträgt die Luftfeuchtigkeit selten unter 20 Prozent, erklären die Forschenden. Sie haben daher ein Elektrolyse-System entwickelt, das statt flüssigem Wasser die Luftfeuchtigkeit zur Gewinnung von Wasserstoff nutzt.

Wasserstoff-Gewinnung aus der Luft – zwölftägiger Praxistest bringt positive Ergebnisse

Bei der sogenannten Direct Air Electrolysis (DAE) wird lediglich die Umgebungsluft herangezogen. In dem Versuch wurde eine Luft-Elektrolysezelle genutzt: Zwischen zwei gitterförmigen Platinelektroden wurde ein schwammartiger Block platziert. Dieser wurde mit Schwefelsäure getränkt, welche das Wasser aus der Umgebungsluft zog.

Die Säure wirkt wasseranziehend und liefert damit das notwendige Nass, für die Aufspaltung von Wasserstoff an den Elektroden. Das Wasserstoffgas wurde danach in einem Gasauffangbehälter gesammelt. Der notwendige Strom für die Anlage wurde durch eine Solarzelle gewonnen – die Forschenden aus Melbourne betonten jedoch, dass die Nutzung von Windenergie genauso möglich sei.

Wasserstoff
chemisches Symbol, Ordnungszahl:H, 1
Aggregatzustand:gasförmig
Vorkommen:häufigstes Element des Universums (ca. 75 Prozent der gesamten Masse des Sonnensystems)

Im Verlauf des Praxistests unter freiem Himmel gewannen die Forschenden 1,49 Liter Wasserstoff pro Tag, bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 30 Prozent. Hochgerechnet auf eine Elektroden-Fläche von einem Quadratmeter könnten rund 745 Liter Wasserstoff pro Tag gewonnen werden, erklärte die Gruppe.

Elektrolyse von Wasserstoff aus der Luft: „Minimale Eingriffe in die regionale Luftfeuchtigkeit“

Die Vorteile dieser Methode liegen für die Forschenden auf der Hand: Unter Nutzung von erneuerbaren Energiequellen laufen die Anlagen größtenteils autonom, können also sich selbst überlassen werden. Zudem könnten sie an nahezu allen Orten der Erde verwendet werden: Bei Tests in Klimakammern funktionierte die Wasserabsorption durch die Schwefelsäure bis hinunter zu einer minimalen Luftfeuchtigkeit von vier Prozent.

Durch die modulare Aufbauweise sind solche Anlagen fast beliebig skalierbar – es spricht also nichts gegen die Wasserstoffgewinnung im größeren Maßstab. „Solche DAE-Farmen haben das Potenzial, reichlich Wasserstoff selbst in trockenen Regionen zu generieren – mit minimalen Eingriffen in Umwelt und regionale Luftfeuchtigkeit“, schreiben die Forschenden.

Rund 13 Billionen Tonner Wasser in der Erdatmosphäre enthalten

Damit ist aus Sicht der Forschenden aus Melbourne der Beweis erbracht, dass sich allein mit Wind- oder Sonnenstrom auch in den trockensten Regionen der Welt Wasserstoff einfach aus der Luft gewinnen lässt. In der Luft der gesamten Erdatmosphäre, so schreiben die Forschenden in Nature Communications, seien rund 13 Billionen Tonnen Wasser enthalten. Sie sind sich deshalb sicher, dass es auch möglich wäre, wirtschaftlich sinnvolle Mengen mit dieser Elektrolysetechnik zu gewinnen. (Constantin Hoppe)

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