Soll Wasserstoff eines Tages tatsächlich fossile Brennstoffe in unseren Autos ersetzen, muss erst noch ein Weg gefunden werden, den energiereichen Stoff wirklich kostengünstig und umweltfreundlich herzustellen. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Elektrizität, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten – und dieser Strom kommt am besten aus alternativen Energiequellen wie beispielsweise Windturbinen. Allerdings ist dieses so genannte Elektrolyse-Verfahren noch immer zu teuer, um wirklich weitläufig eingesetzt werden zu können.

Forscher beim US-Technologiekonzern GE haben nun den Prototyp einer unkompliziert herstellbaren Maschine vorgestellt, mit der Wasserstoff mit Hilfe der Elektrolyse für ungefähr drei Dollar pro Kilogramm herstellbar sein soll. Zu diesem Preis wäre der Treibstoff ungefähr so teuer wie Benzin es jetzt in den USA ist, während man mit anderen gängigen Wasserstoff-Produktionsverfahren noch mindestens acht Dollar pro Kilogramm bezahlt. Mit dem billigen Wasserstoff könnte der Traum einer "Wasserstoff-Wirtschaft" Wirklichkeit werden, in der auch ganz normale Autos mit dem sauberen Treibstoff fahren.

Geräte zur Elektrolyse sind relativ einfach aufgebaut: Wasser wird mit einem Kalium-Hydroxid-Elektrolyt gemischt und fließt dann an einer Reihe Elektroden vorbei. Die Elektrizität veranlasst dabei die Wassermoleküle, sich in Wasserstoff und Sauerstoffgas aufzuspalten, die aus der Lösung aufsteigen. Der Vorgang ist ein immer wieder gerne durchgeführtes Experiment für den Chemieunterricht, allerdings lassen sich große Mengen an Wasserstoff derzeit wesentlich billiger aus Erdgas herstellen.

Die grundsätzliche Effizienz des Elektrolyse-Prozesses lässt sich jedoch kaum steigern, wie Richard Bourgeois, Elektrolyse- Projektleiter bei GE Global Research im US-Bundesstaat New York, sagt. "Man kann das heute kaum billiger machen. Deshalb haben wir uns nun darangemacht, die Investitionskosten zu senken."

Denn diese sind noch sehr hoch: Heutige Elektrolyse-Geräte bestehen aus Metallplatten, die von Hand zusammengenietet werden, dazwischen befinden sich Dichtungen. Die ganze Elektrodeneinheit ist normalerweise in einer Metallkammer verbaut, die aus dem gleichen Metall wie die Elektroden selbst besteht. Das Material ist teuer, und der Zusammenbau verbraucht teure Arbeitskraft.

Bourgeois' Forscherteam hat es nun geschafft, einen Weg zu finden, wie man die Elektrolyse-Kammer künftig aus Kunststoff aufbauen könnte. Dazu kommt ein von GE entwickeltes Material namens Noryl zum Einsatz, das nicht gegen das hochalkalische Kalium-Hydroxid anfällig ist. Durch die leichte Formbarkeit des Kunststoffes lassen sich die neuen Elektrolyse-Geräte deutlich günstiger herstellen.

In dem Kunststoffgehäuse erledigen die gewohnten Metallelektroden weiter ihren Job. Da GE allerdings insgesamt weniger Elektrodenmaterial verwenden wollte, wurde die Reaktionsfähigkeit ihrer Oberfläche gesteigert. Um dies zu erreichen, liehen sich die GE-Forscher einen Sprühbezug, der sonst bei Maschinenteilen von Flugzeugmotoren verwendet wird, um die Elektroden mit einem selbst entwickelten Nickel-basierten Katalysator zu überziehen, der eine große Oberfläche besitzt.

GE hat die Technologie in Prototypen-Form bereits demonstriert und arbeitet derzeit an einem größeren Produktionsmodul, mit dem sich ein Kilogramm Wasserstoff pro Stunde produzieren lassen soll. Eine Maschine dieser Größe könnte dann an eine kleine Stromquelle angeschlossen werden, um Wasserstoff quasi "nebenher" zu produzieren. Die Technik könnte potenziell sogar derart stark skaliert werden, dass eine Art Wasserstoff-Tankstelle möglich wird, die ihren Wasserstoff selbst produziert.

Die neue GE-Elektrolyse-Maschine soll in ein paar Jahren in Produktion gehen. "Man kann zwar viel über den Wechsel in die Wasserstoff-Wirtschaft reden, aber solange die Wirtschaftlichkeit nicht gegeben ist, bewegt sich dort nichts", meint Bourgeois. "Unser Gerät reduziert die Investitionskosten für Elektrolyse-Systeme derart, dass man sie kaufen und über eine Anzahl von Jahren abschreiben kann. Dadurch können wir mit Benzin konkurrieren."

Paul Bakke, Elektroingenieur und Programmmanager beim US- Energieministerium, hält eine billige Elektrolyse-Maschine für eine zentrale Komponente der Wasserstoff-Zukunft: "So weit ich weiß, ist GE der einzige Anbieter, der dieses Problem anzugehen versucht. Sollte GE erfolgreich dabei sein, diese Geräte mit hoher Zuverlässigkeit und vor allem günstig zu produzieren, wird die Barriere durchbrochen, die derzeit bei Elektrolyse-Geräten vorliegt: Die Investitionskosten."

Bakke hält die GE-Maschine für ein wichtiges Puzzlestück. Sie sei zwar nicht die einzige Methode, Wasserstoff zu produzieren und die Umwandlung von Erdgas eine gute Überbrückung: "Doch wenn wir die Umweltbedenken aus der Welt schaffen wollen, müssen wir auf eine Elektrolyse setzen, die sich aus Windturbinen und Solaranlagen speist."

Übersetzung: Ben Schwan. (wst)