Die Wissenschaft schläft nie, Ausgabe zu grünem Wasserstoff und Biokohle

Melden Sie sich an für tägliche Nachrichten-Updates von CleanTechnica per E-Mail. Oder folgen Sie uns auf Google News!

---

Wasserstoff ist das Schmiermittel, das die Räder der modernen Industriewirtschaft antreibt, hat aber ein Lieferkettenproblem. Fast die gesamte globale Wasserstoffversorgung stammt aus Erdgas oder vergaster Kohle. Das beginnt sich langsam zu ändern, da nachhaltigere „grüne Wasserstoffquellen“ auftauchen. In einer interessanten Wendung könnte Biokohle im Spiel sein.

Was ist Biokohle überhaupt?

Das US-Landwirtschaftsministerium bietet eine praktische Erklärung zu Biokohle. ein kohlenstoffreiches Material das Ergebnis der teilweisen, sauerstofflimitierten Verbrennung von organischen Abfällen oder Biomasse.

Das USDA weist darauf hin, dass Biokohle weltweit einen guten Ruf als vorteilhafte Bodenverbesserung genießt. Die Fähigkeit des Materials, Kohlenstoff zu binden, hat auch die CleanTechnica Radar.

„Eine gemeinsame Eigenschaft aller Biokohlearten ist der Hauptbestandteil: ein widerspenstiger Kohlenstoff, der jahrelang, jahrzehntelang und sogar jahrtausendelang im Boden verbleiben kann“, erklärt das USDA.

„Biokohle kann allein als Bodenverbesserer verwendet oder mit anderen Bodenverbesserern gemischt werden, um eine breite Palette von Umwelt-, Landwirtschafts- und Forstproblemen zu lösen“, fügt das USDA hinzu. „Zu den Anwendungsgebieten von Biokohle gehören die Verbesserung der Bodengesundheit, die Erhöhung des pH-Werts des Bodens, die Sanierung verschmutzter Böden, die Bindung von Kohlenstoff, die Verringerung der Treibhausgasemissionen und die Verbesserung der Bodenfeuchtigkeit.“

Wenn Biokohle auf grünen Wasserstoff trifft, fliegen die Funken

Neben der Untersuchung der Anwendung von Biokohle im Boden hat die Forschungsgemeinschaft begonnen, sie für andere Zwecke einzusetzen, darunter auch für grünen Wasserstoff.

Grüner Wasserstoff bezeichnet Wasserstoff, der mithilfe eines Katalysators und mithilfe eines elektrischen Stroms aus Wasser gewonnen wird. In Bezug auf Kohlenstoffemissionen und allgemeine Nachhaltigkeit war diese Idee damals, als fossile Brennstoffe die Stromerzeugungsindustrie dominierten, ein aussichtsloses Unterfangen. Jetzt, da erneuerbare Energien weithin verfügbar sind, ist die Wasserelektrolyse aus kohlenstoffreduzierender Sicht sinnvoller. Insbesondere können Elektrolysesysteme überschüssige saubere Kilowattstunden bereitstellen, wenn das Netz mit Wind- oder Solarenergie überlastet ist.

Ob erneuerbare Energie oder nicht, die Kosten für grünen Wasserstoff bleiben im Vergleich zu fossilen Brennstoffen hoch. Technologische Verbesserungen senken die Kosten jedoch.

Bereits 2020 untersuchte ein Forschungsteam der israelischen Forschungseinrichtung Technion ging das Kostenproblem aus der Perspektive der Reduzierung des Energieverbrauchs an, indem die Eigenschaften von Biokohle.

Erst kürzlich, im Jahr 2023, untersuchte ein Team der University of Shanghai for Science and Technology in China auch das Potenzial der Verwendung von Biokohle zur Senkung der Kosten für grünen Wasserstoff.

„Biokohle-unterstützte Wasserelektrolyse (BAWE) zur Wasserstoffproduktion wird eingesetzt, um den Energieverbrauch zu senken, indem die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) durch die thermodynamisch günstigere Biokohleoxidationsreaktion (BOR) ersetzt wird“, erklärte das Team.

Solarbetriebener grüner Wasserstoff kommt

Wie die Forscher der Universität Shanghai anmerken, ist das Schlüsselelement der Biokohle-unterstützten Elektrolyse ein Elektrolyt, eine leitfähige Lösung, die die Biokohle auflöst. Sie weisen auch darauf hin, dass ihre Studie ein Sprungbrett für andere Forscher sein könnte, um den Prozess weiter zu verfeinern.

Tatsächlich berichtete die University of Illinois – Chicago Anfang dieser Woche über die Ergebnisse einer Studie, die in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische Wissenschaftunter dem Titel, “Subvolt-Umwandlung von aktivierten Biokohle und Wasser zur H2-Produktion nahe dem Gleichgewicht durch biokohleunterstützte Wasserelektrolyse.”

Die Kurzfassung, wie sie von der Pressestelle der Schule zusammengefasst wurde, lautet, dass das Forschungsteam den für den Prozess benötigten Energieverbrauch um 600 % senken konnte.

„Der Energiebedarf war so gering, dass die Forscher die Reaktion mit einer Standard-Silizium-Solarzelle betreiben konnten, die bei 0,5 Volt etwa 15 Milliampere Strom erzeugte. Das ist weniger als die Menge an Strom, die eine AA-Batterie erzeugt“, stellte die Schule fest.

Das Team testete verschiedene Arten von Biokohle-Schlämmen, die mit Schwefelsäure behandelt wurden. Unter den Testmaterialien schnitt Biokohle aus Kuhdung am besten ab und erreichte die 0,5-Volt-Marke. Die anderen Materialien – darunter Zuckerrohrschalen, Hanfabfälle und Papierabfälle – schnitten weniger effizient ab, sparten aber ebenfalls Energie.

In einer Pressemitteilung erklärte der Co-Autor der Studie, Rohit Chauhan, dass der Prozess „sehr effizient sei und die Umwandlung von Biokohle und Sonnenenergie in Wasserstoff fast 35 % erreiche“.

„Das sind Weltrekordzahlen; es sind die höchsten, die je jemand erreicht hat“, fügte Chauhan hinzu.

„Wir sind die erste Gruppe, die gezeigt hat, dass man Wasserstoff aus Biomasse mit einem Bruchteil eines Volts produzieren kann“, bekräftigte UIC-Außerordentlicher Professor Meenesh Singh, der die multiinstitutionelle Studie leitete. Die Stanford University, die Texas Tech University, das Indian Institute of Technology Roorkee und die Korea University beteiligten sich ebenfalls an der Forschung, die von der globalen Firma gesponsert wurde. Orochem Technologies Inc.

„Dies ist eine transformative Technologie“, betonte Singh.

Was ist mit dem Kohlenstoff, der entkommt?

Da es nichts umsonst gibt, nimmt das UIC-Team auch den Aspekt der Kohlenstoffemissionen zur Kenntnis. Biokohle wird durch das Verbrennen von Stoffen hergestellt, was bedeutet, dass Treibhausgasemissionen irgendwo auf der Strecke eine Rolle spielen. Wenn die Biokohle als Bodenverbesserer verwendet wird, können ihre Kohlenstoffbindungskräfte diese Emissionen im Laufe der Zeit aufsaugen. Einer wachsenden Zahl von Forschungsergebnissen zufolge kann Biokohle sogar CO2-negativer Status – nämlich bei Verwendung als Bodenverbesserer.

Andere Anwendungsfälle stellen eine Kohlenstoffherausforderung dar. Singh schlägt vor, dass die Kohlenstoffabscheidungstechnologie mit einem auf Biokohle basierenden grünen Wasserstoffsystem eingesetzt werden könnte, obwohl er kein Fan der unterirdischen Speicherung zu sein scheint. Stattdessen schlägt er vor, den abgeschiedenen Kohlenstoff zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder Kunststoffe zu verwenden.

Auch das ist keine perfekte Lösung, aber ein Co-Autor der Studie, Nishithan Kani, weist auf die Vorteile für die Landwirte hin. „Diese kostengünstige Art der Wasserstoffherstellung könnte es den Landwirten ermöglichen, ihren Energiebedarf selbst zu decken oder neue Einnahmequellen zu erschließen“, erklärt er. „Sie diversifiziert nicht nur die Nutzung von Bioabfällen, sondern ermöglicht auch die saubere Produktion verschiedener Chemikalien neben Wasserstoff.“

Mehr und günstigerer grüner Wasserstoff

Die Idee, grünen Wasserstoff zu nutzen, um die Energieunabhängigkeit von Landwirten zu unterstützen, könnte in den USA an Boden gewinnen, wo das Energieministerium hartnäckig versucht, mehr Landwirte dazu zu bewegen, dezentral verteilte Windturbinen auf ihren Grundstücken zu installieren.

Eine dezentrale Windkraftanlage kann jede beliebige Größe haben, von einigen hundert Kilowatt bis hin zum Megawatt-Bereich. Entscheidend ist die Bereitstellung der sauberen Kilowatt vor Ort oder die Nutzung in einem lokalen Verteilnetz.

Die Idee wäre, grünen Wasserstoff nachts zu produzieren, wenn der Strombedarf geringer, die Windgeschwindigkeiten jedoch optimal sind. Der Wasserstoff könnte für den Einsatz in einer Brennstoffzelle gespeichert, zur Produktion von grünem Dünger eingesetzt oder als Einnahmequelle verkauft werden.

Letztes Jahr berechnete das Energieministerium der dezentrale Windmarkt und stellte fest, dass die größte Aktivität an den kleineren und größeren Enden der Windturbinenskala auftrat, während an mittelgroßen Turbinen relativ wenig Interesse bestand.

„Mit der Verabschiedung des IRA und den damit verbundenen langfristigen Anreizen für dezentrale Windkraft sehen die Aussichten für den künftigen Einsatz dezentraler Windkraft deutlich besser aus“, erklärte das Energieministerium und verwies dabei auch auf andere staatliche Förderprogramme für erneuerbare Energien auf landwirtschaftlichen Betrieben.

Abhängig von den Anreizen und den Maßnahmen zur Vereinfachung des Genehmigungsprozesses hat das Energieministerium ein 10-Jahres-Szenario entwickelt, das zu einer Gesamtleistung von 1,7 Terawatt für Anwendungen hinter dem Zähler und mehr als 4 Terawatt für Anwendungen vor dem Zähler führt.

Ob ein Teil dieser sauberen Kilowatt zur Produktion von grünem Wasserstoff verwendet wird, bleibt abzuwarten. Wenn Sie dazu etwas denken, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

Folgen Sie mir unter @tinamcasey auf Bluesky, Threads, Instagram und LinkedIn.

Foto (beschnitten): „Biokohle bindet dauerhaft Kohlenstoff und gibt Nährstoffe an den Boden zurück, um die mikrobielle Aktivität im Boden zu stärken (Quelle: Tracy Robillard, NRCS Oregon).