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Methanol zu Wasserstoff

Einleitung

Die Umstellung unseres Energiesystems hin zu erneuerbaren Energien bringt auch eine Veränderung der Energieträger mit sich. Waren bislang fast ausschließlich die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle unsere primäre Energiequelle, werden in Zukunft die so genannten erneuerbaren Energien Biomasse, Windkraft und Solarenergie eine zunehmend wichtige Rolle spielen.

Während Biomasse (z.B. Holz, Stroh, Algen) in chemischen Verfahren direkt zu künstlichen Kraftstoffen umgewandelt werden kann, liefern Windkraft und Solarenergie elektrischen Strom. Elektrizität lässt sich jedoch nur in begrenztem Umfang speichern (z.B. in einem Akkumulator) und transportieren (mittels Stromleitungen). Für die Erhaltung unserer Mobilität werden also weiterhin Kraftstoffe benötigt, die leicht zu handhaben sind und transportiert werden können.

Wasserstoff ist ein Energieträger, der aus erneuerbaren Energien, z.B. Biomasse oder aus elektrischem Strom durch das Verfahren der Elektrolyse hergestellt werden kann. In einem Fahrzeug kann Wasserstoff in einer Brennstoffzelle elektrischen Strom für einen Elektromotor erzeugen. Alternativ kann Wasserstoff einen Verbrennungsmotor antreiben. In beiden Fällen entsteht als Abgas lediglich Wasserdampf.

Der Nachteil von gasförmigem Wasserstoff ist seine niedrige volumenbezogene Energiedichte. Das heißt, dasselbe Volumen Wasserstoff enthält bei Atmosphärendruck rund 3000-mal weniger Energie als Benzin. Deshalb muss der Wasserstoff entweder auf einen Druck von bis zu 700 bar verdichtet oder bei sehr niedrigen Temperaturen von -250 °C verflüssigt werden. Beide Verfahren sind sehr energieaufwändig und erfordern komplizierte Tanksysteme. Andere Verfahren der Wasserstoffspeicherung befinden sich gerade noch im Forschungsstadium, z.B. Speicherung durch Adsorption.

Deshalb werden auch Verfahren erforscht, die Wasserstoff in Form von flüssigen chemischen Energieträgern speichern. Ein möglicher Energieträger ist Methanol, welches aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid aber auch aus Wasserstoff und Kohlendioxid hergestellt werden kann. Der besondere Reiz der Verwendung von Kohlendioxid liegt darin, dass dieses als unerwünschtes Produkt bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern entsteht und deshalb aus Kraftwerksgasen abgetrennt werden soll (Kohlendioxid-Capture). Die Herstellung von Methanol bietet also eine elegante Möglichkeit, Kohlendioxid zu recyceln.

CO+ 2H2 CH3OH CO2+ 3H2 CH3OH+ H2O

Die Verwendungsmöglichkeiten für Methanol sind vielfältig: Über verschiedene Verfahren kann Methanol wieder zu Wasserstoff umgewandelt werden, um z.B. Brennstoffzellen oder Motoren anzutreiben. In einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle kann auch ohne vorherige Wasserstofferzeugung aus Methanol Strom gewonnen werden. Auch konventionelle Kraftstoffe, wie Benzin oder Diesel, können ausgehend von Methanol künstlich hergestellt werden.

Im Methanol-to-Olefine-Verfahren können aus Methanol ungesättigte Kohlenwasserstoffe hergestellt werden, die als wichtiger Chemierohstoff, z.B. für die Herstellung von Kunststoffen, benötigt werden. Das Konzept, in dem Methanol sowohl als Rohstoff, als auch als Energieträger eingesetzt wird, nennt man Methanol-Wirtschaft.

Abb.1
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