Baden-Württemberg Nachhaltige Energie: Wie man mit Bakterien Wasserstoff speichert
Klimafreundliche Speicherung von Wasserstoff ist ein Problem. Das baden-württembergische Unternehmen Festo nutzt für Batterien jetzt Bakterien, die Ameisensäure produzieren.
Wasserstoff gilt als "Champagner" im Bereich nachhaltige Energien. Er ist nicht für alle Verkehrsmittel oder Industrieanlagen geeignet, weil die Herstellung und Speicherung sehr viel Energie kostet.
"Gleichzeitig wird aus Strom erzeugter Wasserstoff in schwer zu elektrifizierenden Bereichen wie der Luftfahrt, der Schifffahrt und der Chemie unverzichtbar sein", meint das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Wasserstoff als Gas ist dünn und hat deshalb viel Volumen. Um es "platzsparend" speichern und transportieren zu können, muss es entweder zusammengepresst werden oder bei enormer Kälte verflüssigt werden.
Weniger Energie für die Wasserstoff-Speicherung
Für diesen Vorgang der "Verdichtung" hat das Familienunternehmen Festo aus Esslingen "Helfer" aus der Natur gefunden, die einen umweltfreundlichen Prozess auslösen und das Wasserstoff-Gas flüssig machen. Die "Helfer" (Details unten im Infokasten) sind seltene Bakterien, die erstmals in den Tiefen eines afrikanischen Sees entdeckt worden sind. Sie entwickelt beim Kontakt mit Wasserstoff Ameisensäure und können so in einem "Bio-Reaktor" Wasserstoff verflüssigen. Der Clou dabei: Der flüssige Wasserstoff muss nicht auf unter minus 250 Grad gekühlt werden. Es reichen Temperaturen um minus 65 Grad. In der Folge kann der Wasserstoff (in Ameisensäure-Form), der nur minus 65 Grad kalt ist, einfacher wieder in Gas verwandelt werden. Für die Umwandlung und die Rück-Wandlung wird viel weniger Energie benötigt.
Biologie in Technik: Mithilfe von Bakterien lässt sich Wasserstoff energiesparender speichern.
Bakterien sterben an der Luft ab
Auf der Hannover Messe stellt Festo diese neue Wasserstoff-Speicherlösung in einem Modell vor. "BionicHydrogenBattery" nennt das Unternehmen sein biotechnologisches System. Wichtig auch: Die Bakterien sind ungefährlich. Sie sterben ab, sobald sie mit Luft (Sauerstoff) in Berührung kommen. Im Fachjargon nennt man das "anaerob": Im Falle einer Leckage des Systems stellten die Bakterien für Menschen kein Risiko dar, so Festo. Das Unternehmen stellt auch klar, dass die Abwesenheit von Sauerstoff es für den Wasserstoff gleichzeitig unmöglich mache, ein zündfähiges Gemisch zu bilden.
Wasserstoff ist einer der Energieträger der Zukunft, der unter anderem für die Erzeugung von sauberem Strom eine wichtige Rolle spielen wird. Mit unserem Konzept leisten wir einen Beitrag, dieses Potenzial wirtschaftlich nutzbar zu machen." Michael Sinsbeck, Leiter Bionic Projects bei Festo
Das Bakterium Thermoanaerobacter kivui (T. kivui) wurde erstmals aus der Tiefe des Kiwusees in Zentralafrika geholt und hat daher seinen Namen. Es verfügt über ein besonderes Enzym (HDCR), das - vereinfacht gesagt - Wasserstoff zu Ameisensäure umwandeln kann. Grundlegend erforscht wurde dies von Volker Müller und seinem Team in der Abteilung "Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik" an der Goethe-Universität Frankfurt. Bei dem Projekt gab es eine enge Zusammenarbeit mit Festo. Genauer erklärt: T. kivui bindet Kohlendioxid (CO2) mithilfe von gasförmigem Wasserstoff (H2) zu Ameisensäure (Formiat). Während der Wasserstoff zu Wasser oxidiert wird, wird so das CO2 zu Ameisensäure (Formiat) fixiert. HDCR ist das erste bekannte Enzym, das direkt Wasserstoff nutzen kann. Obwohl es sich um einen biologischen Prozess handelt, läuft diese Reaktion schnell ab, denn sie ist nicht an das Wachstum der Zellen gekoppelt. Die Bakterien werden wie Katalysatoren genutzt: Sie werden nicht verbraucht. Der Prozess lässt sich nach Regenerationsphasen beliebig wiederholen - ganz im Sinne eines Kreislaufs.
Alternative: Wasserstoff mit Ammoniak
Eine Idee, wie man Wasserstoff einfacher - also platzsparender - speichern und so transportieren kann, ist mit Stickstoff verbunden zu Ammoniak. Der Stoff braucht nur eine Kühlung von minus 33 Grad und Ammoniak wird in der Chemie- und Düngemittel-Produktion benötigt. Allerdings ist Ammoniak giftig und rostet. Wenn man den Stoff später in Wasserstoff zurückverwandeln will, ist dies auch ein Prozess, der viel Energie und eine bestimmte Technik erfordert.
Herausforderung bei der Herstellung von Wasserstoff
Für die Herstellung von Wasserstoff wird viel Energie benötigt: Mit 53 Kilowattstunden Strom für ein einziges Kilo Wasserstoff rechnet die Industrie. Energie, die möglichst aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne stammen sollte, damit der Wasserstoff auch "grün" ist.
Grüner Wasserstoff aus Norwegen und Marokko
Grüner Wasserstoff kommt aus Windparks und Wasserkraftanlagen in Norwegen oder aus Solarparks in Marokko nach Deutschland zu Industriebetrieben im Südwesten. In Baden-Württemberg wird dazu die Süddeutsche Erdgasleitung (SEL) gebaut. Sie führt 250 Kilometern quer durchs Land von Mannheim im Nordwesten bis Heidenheim im Osten. Die Pipeline soll Kraftwerke der EnBW zunächst mit Erdgas, ab 2030 auch mit Wasserstoff versorgen und so den Ausstieg aus der Kohleverstromung ermöglichen.
Sendung am Mo., 22.4.2024 19:30 Uhr, SWR Aktuell Baden-Württemberg, SWR BW
