Aus Bananenschalen und Kaffeebohnen soll blitzschnell Wasserstoff entstehen
Grüner Wasserstoff ist in Zeiten des steigendem Energiebedarfs und der Abkehr von fossilen Energiequellen einer der entscheidenden Hoffnungsträger. Im Bereich Verkehr soll er in Brennstoffzellen Busse, Schiffe und Flugzeuge antreiben. In besonderes emissionsreichen Branchen, wie der Stahl- und Zementindustrie, soll er fossile Rohstoffe ersetzen. Doch noch ist der begehrte Rohstoff rar. Deshalb setzen sich immer mehr Startups und auch Wissenschaftler:innen mit weiteren Produktionsmöglichkeiten auseinander. Dabei haben sie auch vermeintlichen Abfall im Blick.
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Wasserstoff durch Pyrolyse
Aus Bananen Wasserstoff gewinnen, geht das? Laut den Forschenden der School of Basic Sciences der Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne EPFL, ja natürlich. In dem Verfahren der Pyrolyse wird Wasserstoff aus organischen Abfällen, also Biomasse, von Pflanzen und Tieren gewonnen.
Bei der Biomassepyrolyse wird für die Umwandlung von Biomasse in Energie feste oder flüssige Biomasse auf 400 bis 800 Grad Celsius erhitzt. Das ganze passiert unter Druck von bis zu fünf Bar in einer reaktionsträgen Atmosphäre. Als Produkt dieser chemischen Reaktion entstehen gasförmige und feste Verbindungen: das Gas wird als „Syngas“ bezeichnet, der Feststoff als „Biokohle“.
Synthesegas ist ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und anderen Kohlenwasserstoffen, das als „Biokraftstoff“ zur Stromerzeugung verwendet wird. Biokohle hingegen wird oft als fester Kohlenstoffabfall betrachtet, wobei sie auch in der Landwirtschaft verwendet werden kann, so die Forschenden. Bisher benötigen alle Varianten jedoch entweder zu viel Zeit oder sind nur unter schwierigen Bedingungen umsetzbar. Zudem braucht es entsprechende Mengen von Energie.
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Blitzlichtpyrolysemit einer Xenon-Lampe
Deshalb haben die Wissenschaftler:innen unter der Leitung von Hubert Girault von der EPFL eine neue Methode für die Photo-Pyrolyse von Biomasse entwickelt und ihre Ergebnisse im Chemical Science veröffentlicht. In der neuen Methode verwenden die Forschenden eine Blitzlichtpyrolyse, die mit einer Xenon-Lampe durchgeführt wird. Üblicherweise kommt diese zum Aushärten von Metalltinten für gedruckte Elektronik zum Einsatz, so die Forschenden. Doch in dieser neuen Methode liefert das weiße Blitzlicht der Lampe eine leistungsstarke Energiequelle sowie kurze Impulse, die chemische Reaktionen fördern. Dabei absorbiert die Biomasse die optische Strahlung und wandelt sich in Wärme um. Die Idee der Forschenden dahinter ist, dass diese photothermische Reaktion eine sofortige Umwandlung der Biomasse in Synthesegas und Biokohle auslöst.
Bananenschalen, Maiskolben, Orangenschalen
Bisher wurde diese Blitzlichttechnik bei verschiedenen Biomassequellen ausprobiert: Bananenschalen, Maiskolben, Orangenschalen, Kaffeebohnen und Kokosnussschalen. Dafür wurden sie zunächst 24 Stunden bei 105 Grad Celsius getrocknet und anschließend zu Pulver zermahlen, so die Forschenden. Danach musste laut ihnen das Pulver nur noch bei Umgebungsdruck und unter einen reaktionsträgen Atmosphäre in einen Reaktor gegeben werden. Dann blinkt die Xenon-Lampe nur noch und der gesamte Umwandlungsprozess war in wenigen Millisekunden abgeschlossen, so die Wissenschaftler:innen in einer schriftlichen Mitteilung.
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100 Liter Wasserstoff durch 1 Kilogramm Biomasse
„Jedes Kilogramm getrockneter Biomasse kann etwa 100 Liter Wasserstoff und 330 Gramm Biokohle erzeugen, was bis zu 33 Prozent dem Gewicht der ursprünglichen Masse der getrockneten Bananenschalen entspricht“, so die Forscherin Bhawna Nagar, welche ebenfalls an der Studie beteiligt war, “Die Methode hatte auch ein positives berechnetes Energieergebnis von 4,09 Megajoule pro Kilogramm getrockneter Biomasse.” Angaben zum Energieverbrauch dafür gibt es allerdings nicht.
Wie lange es jedoch dauert, bis unser Biomüll tatsächlich die Basis für eine industrielle Herstellung von Wasserstoff bildet, bleibt offen. Die Forschenden äußerten sich aktuell weder zu einer eventuellen Vergrößerung der Produktion noch zu der erwarteten Marktreife. Nachdem sich die ganz Technologie noch in der Forschungs-Phase befindet, wird die Beantwortung dieser Fragen wohl auch noch etwas dauern. Somit kann der Biomüll zunächst weiterhin wie gewohnt kompostiert werden. Dadurch ist dieser ja aber in keinster Weise verloren. Immerhin entsteht so schon seit jeher wieder neuer Humus.
