Die Idee, Autos wegen der Umweltfreundlichkeit bei der Verbrennung zuk\u00fcnftig mit Wasserstoff zu betreiben, scheitert bislang an der Frage, wo der Wasserstoff denn herkommen soll. Kalifornische Forscher sehen die Zukunft in Wasserstoff produzierenden Pflanzen.<\/b><\/p>\n
Die sch\u00f6ne neue Wasserstoffwelt, die sowohl BMW als auch amerikanische Politiker immer wieder beschw\u00f6ren, hat ihre T\u00fccken: Zwar verbrennt Wasserstoff mit Luft umweltfreundlich zu Wasserdampf, wobei nur wenige Stickoxide oder andere giftige Nebenprodukte entstehen, doch stellen sich zwei andere Fragen: <\/p>\n
Einerseits existiert keine Infrastruktur f\u00fcr das Speichern und die Verteilung von Wasserstoff \u2013 entsprechende Gastanks sind im Gegensatz zu dem leichten Gas sehr schwer und auch das Speichern in Metallschw\u00e4mmen leidet unter demselben Problem. <\/p>\n
Das Verteilen per Pipeline d\u00fcrfte wiederum in einer Welt der Terroranschl\u00e4ge ziemlich st\u00f6rungsanf\u00e4llig sein und selbst ohne Fremdeinfl\u00fcsse diffundiert Wasserstoff in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00df als normales Erdgas durch Metallr\u00f6hren und Dichtungen.<\/p>\n
Das gr\u00f6\u00dfere Problem war bisher jedoch die Frage, wo der Wasserstoff denn herkommen soll: Zwar ist er zusammen mit Sauerstoff Bestandteil von Wasser, doch die Erzeugung per Elektrolyse verschlingt genau die Energie, die der Wasserstoff sp\u00e4ter im Auto wieder liefern soll. <\/p>\n
Damit ist Wasserstoff keine Energiequelle, sondern lediglich ein Energiespeicher, der m\u00f6glicherweise ineffektiver ist als die Akkus eines Elektroautos. Der Strom, mit dem der Wasserstoff gewonnen wird, muss also seinerseits wieder aus anderen Energiequellen gewonnen werden \u2013 und dies mit einem begrenzten Wirkungsgrad, also Verlusten von typischerweise \u00fcber 50%.<\/p>\n
Sauerstoff wird in der Natur durch Photosynthese frei, die Pflanzen zerlegen bei Sonneneinstrahlung auf Chlorophyll Kohlendioxid zu Kohlenstoff und Sauerstoff \u2013 den Kohlenstoff bauen sie als Zucker ein, um zu wachsen, der Sauerstoff wird frei und an die Luft abgegeben. Wenn man die Pflanzen nun dazu kriegen wurde, statt Kohlendioxid Wasser per Photosynthese zu zerlegen…<\/p>\n
Photosynthese statt Elektrolyse<\/b><\/p>\n
Diese Gedanken hatte Tasios Melis von der Universit\u00e4t von Berkeley in Kalifornien seit Jahren, wobei er im aktuellen New Scientist konkret wird: “Um den heutigen Benzinbedarf der USA zu decken, werden Wasserstofffarmen erforderlich, die ungef\u00e4hr 25.000 km2<\/sup> bedecken”. <\/p>\n Dies ist weniger als ein Zehntel dessen, was in den USA heute als Anbaufl\u00e4che f\u00fcr Soja genutzt wird. Im Gegensatz zu dem massiven Landverbrauch, um Getreide als Treibstoff f\u00fcr Alkoholautos anzubauen, das noch dazu erst verarbeitet, vergoren und destilliert werden muss, k\u00f6nnte das Gewinnen von Wasserstoff also relativ effizient sein.<\/p>\n Eine Wasserstofffarm h\u00e4tte jedoch mit normaler Landwirtschaft nicht viel gemeinsam; sie w\u00e4re sehr industriell und d\u00fcrfte eher wie eine Hydrokultur aus Disneyland ausfallen: Tasios Melis denkt an durchsichtige Kunststoffr\u00f6hren, die sich \u00fcber die endlosen Salzfl\u00e4chen der s\u00fcdkalifornischen W\u00fcsten erstrecken. Diese wassergef\u00fcllten R\u00f6hren w\u00fcrden dann unz\u00e4hlige mikroskopisch kleine Algen enthalten, die das Sonnenlicht zur Generierung von Wasserstoff verwenden.<\/p>\n Der Vorteil w\u00e4re, dass diese Anlagen nicht nur in der W\u00fcste gebaut werden k\u00f6nnen, sondern dort auch noch besonders gut funktionieren: Gerade der wei\u00dfe Salzboden der ausgetrockneten kalifornischen W\u00fcstenseen w\u00fcrde die Effizienz der Anlagen sogar noch erh\u00f6hen, da er das Sonnenlicht besonders stark reflektiert und die Kunststoffr\u00f6hren somit von beiden Seiten gut belichtet w\u00fcrden.<\/p>\n W\u00fcsten zu \u00c4ckern<\/b><\/p>\n Melis glaubt, dass auch arme L\u00e4nder diese zuk\u00fcnftige Technik gut verwenden k\u00f6nnten. Bislang gibt es jedoch noch keine Algen oder Bakterien, die Wasserstoff ausrechend effizient und nicht nur als Nebenprodukt erzeugen. <\/p>\n Etliche Forscher arbeiten daran, dies entweder durch Genmanipulation an den verwendeten Chlamydomonas reinhardtii zu erreichen oder durch spezielle N\u00e4hrb\u00f6den. Auch das amerikanische Energieministerium investiert j\u00e4hrlich einige Millionen Dollar in diese Forschungen. <\/p>\n Momentan hat die Wasserstofferzeugung aus Algen eine Effizienz von unter 0,1%, w\u00e4hrend eine kommerzielle Nutzung etwa 10% Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff erforderlich machen w\u00fcrde.<\/p>\n Tats\u00e4chlich ist die Wasserstofferzeugung heute bereits integraler Bestandteil der Photosynthese der Pflanzen. Diese besteht aus zwei Teilprozessen: Der erste zerlegt bei Lichteinstrahlung Wasser in Sauerstoff, Protonen (Wasserstoffkerne) und Elektronen, w\u00e4hrend ein zweiter Teilprozess ohne Lichteinwirkung, der Calvin-Zyklus, mithilfe der Protonen und Elektronen Kohlendioxid und Wasser zu Zuckern zusammenf\u00fchrt, aus denen die Pflanzen ihre Substanz aufbauen. <\/p>\n Wenn am Morgen das erste Sonnenlicht auf die Pflanze trifft, l\u00e4uft der erste Teilprozess an, w\u00e4hrend der Calvin-Zyklus noch inaktiv ist. Damit die freiwerdenden Protonen und Elektronen in der Pflanze keinen Schaden anrichten, f\u00fcgt das Enzym Hydrogenase sie zu Wasserstoff zusammen. Doch der gleichzeitig anfallende Sauerstoff deaktiviert das Enzym und damit die Wasserstofferzeugung. <\/p>\n Kurz darauf l\u00e4uft auch der zweite Prozess an, und die Wasserstofferzeugung in der Pflanze wird somit wieder eingestellt, weil sie f\u00fcr diese sowieso keinen Nutzen bringt. <\/p>\n Erstmals entdeckt wurde die Wasserstofferzeugung durch Pflanzen schon in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts vom deutschen Forscher Hans Gaffron und in den letzten Jahren wurde auch in Deutschland und Australien eifrig an den Wasserstoff-Algen geforscht (Gr\u00fcnalgen als Wasserstoffproduzenten). (Vgl. Meldung vom 2005-09-06<\/a>.)<\/p>\n Um die Photosynthese zu verlangsamen, ist es beispielsweise m\u00f6glich, den Anteil von Sulfaten in der N\u00e4hrl\u00f6sung zu reduzieren. In diesem Fall wird weniger Sauerstoff erzeugt und damit bleibt die Wasserstofferzeugung, wenn auch ebenfalls abgebremst, aktiv. Doch durch die Sulfat-Unterern\u00e4hrung sterben die Algen innerhalb einer Woche ab. <\/p>\n Durch Genmanipulation soll nun erreicht werden, dass in der L\u00f6sung der zum \u00dcberleben notwendige Sulfatanteil verbleibt, aber der Transport an die Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet, gebremst wird.<\/p>\n Dumme Idee: Algen aushungern<\/b><\/p>\n Die Photosynthese zu bremsen, ist allerdings zugegeben ohnehin keine wirklich gute Idee, wenn man doch gerade mit dieser Photosynthese Wasserstoff erzeugen will. Andere Wissenschaftler versuchen deshalb, die Reaktion der Hydrogenase auf Sauerstoff abzustellen.<\/p>\n Ein weiterer Faktor, der die Wasserstoffproduktion in den Algen bremst, ist die elektrische Aufladung durch die Ansammlung von Protonen. Au\u00dferdem sind heutige Algen nicht auf solche Lichtmengen eingerichtet und absorbieren das Licht so intensiv, dass nur die oberste Schicht in einer solchen Kunststoffr\u00f6hre aktiv w\u00e4re, w\u00e4hrend die darunter liegenden Algenzellen schlichtweg im Dunkeln s\u00e4\u00dfen. <\/p>\n Und schlie\u00dflich ist es nat\u00fcrlich noch notwendig, den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff sauber voneinander zu trennen, ohne dabei durch einen Funken mal eben die ganze Anlage in die Luft zu jagen.<\/p>\n Bis 2015 erwarten die Forscher, den Preis pro Kilogramm Algen-Wasserstoff auf drei US-Dollar zu senken, womit er kommerziell konkurrenzf\u00e4hig w\u00fcrde. Langfristig k\u00f6nnten sogar 1,40 Dollar m\u00f6glich sein, so Tasios Melis.<\/p>\n