Aus Meerwasser könnte Wasserstoff für saubere Energie hergestellt werden

Meerwasserelektrolyse könnte nachhaltigen Wasserstoff produzieren, ohne die globale Süßwasserknappheit zu verschlimmern.

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Saubere Energie hat für Länder weltweit höchste Priorität. Während konventionelle Energie auf fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdgas und Öl basiert, gibt es saubere Energie in verschiedenen Formen wie Sonne, Wind, Geothermie, Wasserkraft und Biomasse.

Auch Wasserstoff ist eine führende Energiespeicheroption für erneuerbare Energien und könnte dazu beitragen, die hohen CO2-Emissionen zu reduzieren.

Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Salzwasserelektrolyse – der Prozess der Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff – eine praktikable Lösung für die allgemeinen Herausforderungen der Süßwasserelektrolyse ist. Meerwasserelektrolyse könnte nachhaltigen Wasserstoff produzieren, ohne die globale Süßwasserknappheit zu verschlimmern.

Laut dem Alternative Fuel Data Center des US-Energieministeriums ist reiner Wasserstoff ein auf der Erde reichlich vorhandenes Element, das vielversprechend für die Unterstützung des Übergangs zu sauberer, nachhaltiger und erneuerbarer Energie ist.

Nachdem Wasserstoff erzeugt wurde, kann er in einer Brennstoffzelle Strom erzeugen und gibt dabei lediglich Wasserdampf und warme Luft ab. Da Wasserstoff keine Treibhausgase, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe oder andere Partikel freisetzt, hat er keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt.

Wasserstoff hat weitere Vorteile, die zur Schaffung einer sauberen Energiewirtschaft beitragen werden. Es handelt sich um eine optimale Energielösung in Bereichen, in denen die Dekarbonisierung normalerweise schwierig ist. Es erhöht die Zuverlässigkeit und Belastbarkeit des modernen Stromnetzes. Es kann auch die öffentliche Gesundheit und den Zustand der Umwelt verbessern.

Darüber hinaus kann es die Zahl der Beschäftigungsmöglichkeiten und die Energiesicherheit in globalen Industrien erhöhen. Es kann dazu beitragen, dass die Transportbranche nachhaltiger wird und die Umstellung auf Elektrofahrzeuge (EVs) unterstützt wird. Und es kann zu höheren Einnahmen beitragen und die Weltwirtschaft stärken.

Mehrere Länder investieren in die Produktion von grünem Wasserstoff, darunter die USA, Australien, Saudi-Arabien, Japan, Chile und Deutschland. Darüber hinaus wird die Europäische Union bis 2030 430 Milliarden US-Dollar in grünen Wasserstoff investieren, um zur Erreichung der im europäischen Grünen Deal festgelegten Ziele beizutragen.

Eine Herausforderung, die die Kosten bei der Herstellung von grünem Wasserstoff in die Höhe treibt, besteht darin, dass Elektrolyseure hochreines Wasser benötigen. Dies erschwert die herkömmliche Salzwasserelektrolyse, da viele Wasserquellen mit Verunreinigungen gefüllt sind.

Obwohl die EPA aufgrund des Vorhandenseins von Blei, Chlor und Bakterien strenge Anforderungen an Wasser stellt, bedeutet dies nicht unbedingt, dass das gesamte Wasser frei von Verunreinigungen ist.

Meerwasserelektrolyse

Die Forschung zur Meerwasserelektrolyse entstand im frühen 19. Jahrhundert. Obwohl Wissenschaftler Fortschritte bei der Wasserstoffproduktion erzielten, konnte sich diese nie durchsetzen oder wurde zu einer praktikablen Energielösung. Im 20. Jahrhundert wurde Wasserstoff hauptsächlich aus Erdgas gewonnen und zum Antrieb von Autos, Bussen, Luftschiffen und Raketen verwendet.

Die Nutzung dieses Wasserstoffs war zwar machbar, seine Herstellung war jedoch energieintensiv und trug zu Kohlenstoffemissionen bei, einer der Hauptursachen des Klimawandels. Darüber hinaus filtern einige Städte feste Siedlungsabfälle mit der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie, die Wasserstoff produziert und eine durch Abfälle verursachte Kontamination der örtlichen Wasserversorgung verhindert.

Verschiedene Forscher und Wissenschaftler entwickeln mithilfe der Meerwasserelektrolyse fortschrittliche Technologien, um diese Herausforderungen zu vermeiden. Wenn diese Technologien richtig funktionieren, werden sie nachhaltigen Wasserstoff produzieren, ohne Süßwasserressourcen zu verbrauchen oder zu Kohlenstoffemissionen beizutragen.

Am Texas Center for Supraconductivity haben Forscher beispielsweise einen Elektrokatalysator auf Nickel- und Eisenbasis entwickelt, der mit Kupfer-Kobalt interagieren kann, um eine erfolgreiche Meerwasserelektrolyse durchzuführen.

Der Direktor der Einrichtung, Zhifeng Ren, schlägt vor, dass dieser multimetallische Elektrokatalysator die Entwicklung von Meerwasserelektrolysetechnologien ankurbeln und vorantreiben kann. In Zukunft könnten der Prozess und die Technologie die Kosten der Wasserstoffproduktion auf 1 US-Dollar pro Kilogramm senken.

Unterdessen haben Marta Cerutti, Professorin an der McGill University in Kanada, und einige ihrer Studenten kürzlich vorgeschlagen, eine mögliche Lösung für eines der Hauptprobleme bei der Herstellung von Wasserstoff aus Meerwasser zu entwickeln.

Cerruti und ihre Doktorandin Yiwen Chen schufen ein reduziertes Graphenoxid – ein poröses 3D-Gerüst mit elektrischer Leitfähigkeit. Nachdem es getestet wurde, verbesserte Graphenoxid den Prozess der Meerwasserelektrolyse, indem es nur Wasser durchließ und Chlorid fernhielt.

Eine weitere Forschungsrichtung betreibt der deutsche Automobilzulieferer Schaeffler, der gemeinsam mit Partnern in den Niederlanden an einem Pilotprojekt zur Erprobung der Wasserstoffgewinnung aus Salzwasser arbeitet. Das Unternehmen geht davon aus, dass die Nachfrage nach bestimmten Fahrzeugkomponenten mit dem Übergang zur Elektromobilität sinken wird.

Schaeffler und ein in den Niederlanden ansässiges Startup, Hydron BV, entwickeln Polymerelektrolysemembransysteme (PEM). Die Lösung nutzt die Abwärme des Elektrolyseprozesses, um Salzwasser zu destillieren, bevor es die Membrandestillationstechnologie erreicht.

Da Wasserstoff im Bereich der sauberen Energie eine wichtige Rolle spielen kann, können Projekte wie diese dazu beitragen, die Entwicklung der Meerwasserelektrolyse zu beschleunigen. Die diesbezügliche Forschung ist von entscheidender Bedeutung, um Ländern dabei zu helfen, den Preis für die Wasserstoffproduktion zu senken und ihre CO2-Emissionen zu senken.