Eherne Quelle Eisen heißt der alternative Speicher für Wasserstoffenergie

Strom aus erneuerbare Energiequellen soll fossile Ressourcen schonen und das Klima schützen helfen. Gibt es mehr Strom als gebraucht wird, sollte er gespeichert werden. Mit Eisen kann das klappen ...

Erneuerbare Energien produzieren bei idealem Wetter mehr Energie, als in Strom umgewandelt werden kann. Daher bietet es sich an, diese Stromüberschüsse per Elektrolyse in Wasserstoff zu speichern. Damit steht die gespeicherte Energie auch dann zur Verfügung, wenn die Sonne gerade nicht scheint und kein Wind weht. Wie lässt sich solcher Wasserstoff länger aber speichern oder in weit entfernte Verbrauchszentren transportieren? Vielversprechende Möglichkeiten sehen Forscher mit Blick auf Metalle, die als Speicher- und Transportmedium dienen können. Die Aufgabe der Energiespeicherung ist dabei eng verknüpft mit der Entwicklung erneuerbarer Ressourcen. Es stellt sich außerdem die Frage nach dem richtigen Speichermedium. Aber auch der Transport von grünem Wasserstoff ist kompliziert. Wasserstoff siedet bei der sehr tiefen Temperatur (-252,9 °C), was etwa die Verschiffung schwierig macht. Auch der Transport per Pipeline ist aufwendig und könnte außerdem durch geostrategische Konflikte bedroht sein. Aus Wasserstoff kann man zwar auch Ammoniak herstellen, doch dieser ist hochgiftig. Allerdings gibt es ausreichend und lange Erfahrungen beim Ammoniaktransport. Deshalb werden insbesondere in der wissenschaftlichen Welt Metalle als Energiespeicher diskutiert und untersucht. Denn sie können Energie in elementarer Form speichern. Wenn sie mit Sauerstoff verbrannt oder durch Zufuhr von Wasser chemisch oxidiert werden, vermögen sie, diese Energie wieder in Form von Wärme oder chemisch gebunden als Wasserstoff abzugeben.

Die elementare Form der Energiespeicherung bringt Vorteile

Im Mittelpunkt der Arbeit mehrerer Forschungsinstitute steht zum Beispiel Eisen zur Energiespeicherung in elementarer Form. Der zuvor aus erneuerbaren Energien gewonnene grüne Wasserstoff wird dort mit Eisenoxid – also Rost – in Reaktion gebracht. Es entstehen elementares Eisen und Wasser. Die chemische Energie des Wasserstoffs wird dabei in das Element Eisen überführt. Die chemisch gespeicherte Energie liegt damit im Metall vor. Der Vorteil: Eisen ist als Feststoff einfach zu transportieren. Und den bei der Reaktion aus Eisenoxid und Wasserstoff entstehenden Wasserdampf kann man zu Wasser kondensieren. Das Wasser kann dann wieder per Elektrolyse zu grünem Wasserstoff umgewandelt werden. Damit schließt sich ein Kreislaufprozess, der kein zusätzliches Wasser benötigt. Um die im elementaren Eisen gespeicherte Energie wieder zu erhalten, wird der Prozess umgekehrt: Bei der Reaktion von Eisen mit Wasser entstehen dann wieder Eisenoxid und Wasserstoff, was ebenfalls einem Kreislaufprozess gleichkommt (Prinzip in Bild 2). Der so gewonnene Wasserstoff kann für stoffliche Prozesse verwendet werden, oder in einer Brennstoffzelle Strom liefern. Alternativ kann Eisenpulver mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft CO₂-frei verbrannt werden, wobei überschüssige Wärme und wiederum Eisenoxid entstehen. Die Wärmeenergie kann dann zur Stromproduktion genutzt werden. Aufgrund dieser Erkenntnisse haben sich inzwischen viele Forschungsaktivitäten etablierter Institute zum Thema entwickelt. Es beschäftigen sich auch schon Start-ups und Spin-offs der Universitäten mit der Markteinführung des Prozesses.