Um Wasserstoff aus Meerwasser zu erzeugen, ergeben sich für den Entsalzungsprozess Mehrkosten von ca. 1 bis 10 Ct/kg Wasserstoff. Dabei wird ein geschätzter Verbrauch von ca. 15 Litern Süßwasser pro Kilogramm Wasserstoff und ein Energieaufwand der Entsalzungsanlagen von ca. 2,5-6 kWh/m³ Süßwasser angenommen. Somit wirkt sich dieser Kostenfaktor relativ gering auf die allgemeinen Herstellungskosten von Wasserstoff aus.
In den letzten Jahren wird Elektrolyse-Wasserstoff international immer gefragter, da mittels Elektrolyse und erneuerbarer Energiequellen grüner Wasserstoff auf einfachem Weg erzeugt werden kann. Für den klassischen Prozess wird dabei Süßwasser benötigt. Um einer globalen Süßwasserknappheit entgegenzuwirken und das gesamte Potenzial des Wasservorkommens der Erde zu nutzen, liegt das Konzept der Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse aus Meerwasser nahe. Mit welchen Methoden kann somit Wasserstoff aus Meerwasser hergestellt werden und was treten dabei für Probleme auf?
Elektrolyseverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Meerwasser
Um Wasserstoff aus Meerwasser erzeugen zu können, gibt es bereits zahlreiche verschiedene Ansätze, bei denen sich einige noch in der Forschung befinden. Vereinzelt gibt es jedoch angewandte Technologien, die ihr Können bereits unter Beweis gestellt haben. Dabei führen die meisten Lösungsansätze auf eine Entsalzung des Meerwassers zurück, bevor das Wasser für die Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden kann.
Weitere Forschungsansätze betrachten Elektrolyse-Verfahren, bei denen es zum Einsatz von Anoden-Schutzschichten kommt, sodass eine Resistenz gegenüber der Korrosion der Anoden besteht und so mittels Salzwassers der Elektrolyse-Prozess direkt betrieben werden kann (siehe PNAS-Artikel). Auch die Entwicklung von Membranen, die Salzverunreinigungen blockieren können, befindet sich aktuell in der Forschung (siehe nature energy-Artikel). Bei allen Verfahren gilt jedoch immer der Aspekt der Nachhaltigkeit zu beachten.
Um den gesamten Prozess des Elektrolyse-Wasserstoffs aus Meerwasser nachhaltig zu betreiben, muss der Energiebezug für den Elektrolyseur und die Entsalzungsanlage durch Erneuerbare Energiequellen abgedeckt werden und gleichzeitig eine Verarbeitung der Salzlauge, die als Nebenprodukt des Prozesses entsteht, gewährleistet werden.
(siehe dazu auch Frage des Monats Februar 2018: Woher kommt grüner Wasserstoff?)
Im Vergleich zum Stromverbrauch eines Elektrolyseurs mit ca. 40-80 kWh/kg H2 (je nach Betriebsmodus und Leistung) fällt erneut deutlich auf, dass der Stromverbrauch der Entsalzungsanlage mit ca. 0,1 kWh/kg H2 im Verhältnis relativ gering ausfällt und somit keine wesentliche Auswirkung auf die Gesamtenergiebilanz hat.
Deutschlands Wasserstoffbedarf – Um welche Wassermengen handelt es sich?
Für das Jahr 2040 wird in Deutschland (laut der Stiftung Arbeit und Umwelt der IG BCE – Studie) ein Wasserstoffbedarf von ca. 8 Millionen Tonnen Wasserstoff geschätzt. Betrachtet man das Szenario, diesen Bedarf vollständig mittels Elektrolyse abzudecken, so würde eine Wassermenge von ca. 100 Millionen Tonnen Süßwasser benötigt werden.
Das entspricht der Wassermenge, die innerhalb eines halben Tages bei Köln den Rhein hinabfließt. Anders ausgedrückt wären somit in Deutschland bei einer jährlichen Niederschlagsmenge von 840 l/m² nur etwa 0,3 l/m² für die Wasserstoffherstellung nötig.
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