Wasserstoff als möglicher Ersatz für fossile Brennstoffe
Die von CO2-Emissionen freie Herstellung von Wasserstoff könnte den Einsatz fossiler Brennstoffe womöglich bald ablösen. Vorausgesetzt, der Wasserstoff wird aus Wasser mittels erneuerbarer Energien erzeugt. Hierzu haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), am Solarturm des DLR-Instituts für Solarforschung in Jülich, eine dafür vorgesehene Anlage eingerichtet, an der sie einen erfolgreichen Testdurchlauf vorgenommen und abgeschlossen haben. Bislang stellt die bekannte Technik der Wasserelektrolyse oder die direkte thermische Spaltung keine Lösung im Sinne eines effizienten Wirkungsgrads dar. Letzteres erfordert für eine ausreichende Menge an Wasserstoff Temperaturen jenseits der 2000 Grad Celsius Marke.
Thermochemische Kreisprozesse ermöglichen die Wasserstofferzeugung schon bei einer Prozesstemperatur von 1000 Grad Celsius. Der Schwefelsäurehybridprozess (HyS) verspricht Innovation. Die sogenannte solar-thermochemische Wasserstofferzeugung aus Wasser durchläuft zunächst die für die thermochemische Wasserstofferzeugung maßgebliche Spaltung von Schwefelsäure. Genau das ist Gegenstand des internationalen Projekts SOL2HY2, welches auch die Schwefeldioxid depolarisierte Elektrolyse, Gastrennung und Wärmespeicherung beinhaltet. Die solar-thermochemische Wasserstofferzeugung aus Wasser stellt mit dem Schwefelsäurehybridprozess (HyS) einen Hoffnungsträger im Einsatz-Leistungs-Verhältnis gegenüber andere Verfahren dar. Der zweistufige HyS erzielt vergleichsweise höhere Wirkungsgrade.
Der Energieaufwand der für den Prozess der Schwefelsäurespaltung benötigt wird, steht mit etwa einem Zehntel des Verbrauchs gegenüber einer konventionellen Wasserelektrolyse in einem günstigen Verhältnis, so dass sich der Energiebedarf für die Wasserstoffproduktion senken lässt. Das eröffnet Wege zur industriellen Umsetzung der Wasserstofftechnologie. Die Anlage richtet sich stark nach dem Maßstab der industriellen Wirklichkeit. Die seit 2013 entwickelte Pilotanlage besteht aus drei Anlageteilen. Im Verdampfer wird Schwefelsäure bei 400 Grad in Schwefeltrioxid und Wasserdampf umgewandelt.Diese Gase werden bei über 1000 Grad Celsius in einem Solarreceiver überhitzt. Anschließend wird Schwefeltrioxid durch Eisendioxid in Schwefeldioxid (SO2) und Sauerstoff umgewandelt.
Das Schwefeldioxid würde nun mit Wasser elektrochemisch umgesetzt und wieder Schwefelsäure und Wasserstoff erzeugt werden. Die an die Aalto Universität Helsinki weiter geschickten Daten wurden zur Schließung des Kreisprozesses verwertet. In Jülich wurden die Gase neutralisiert. Für die Wissenschaft bedeutet der erfolgreiche Testdurchlauf der Anlage einen richtungsweisenden Schritt in der Entwicklung solarer Großanlagen zur Wasserstoffherstellung.
