Alkohol als Treibstoff-Alternative, Teil 1

Der Solar-Wasserstoff-Brennzellen-Motor

Ich werde den Solar-Wasserstoff-Brennzellen-Motor hier nur kurz abhandeln und entzaubern. Sicherlich haben Sie schon erkannt, dass es sich bei dem von mir als „Solar-Wasserstoff-Brennzellen-Motor“ bezeichneten Gegenstand um eine Kombination verschiedener Techniken handelt.

Bei Brennstoffzellen handelt es sich um eine sehr alte Technologie, die noch vor dem Verbrennungsmotor entstanden ist. Sie wurde im 19. Jahrhundert entwickelt und produziert Elektrizität, indem sie Wasserstoff Elektronen entzieht. Somit ist sie ganz anders als der Verbrennungsmotor beschaffen, der Chemikalien verbrennt und so direkt mechanische Energie erzeugt – beispielsweise eine Antriebswelle dreht.

Da unsere Fahrzeuge durch mechanische Energie angetrieben werden, benötigen wir eine andere Technik, um mit der Elektrizität einer Brennstoffzelle eine Antriebswelle drehen zu können. Hinter diesem mysteriösen Gerät verbirgt sich nichts anderes als unser Elektromotor. Der Elektromotor überträgt die Elektrizität auf die Antriebswelle, die wiederum unser Fahrzeug vorwärtsbewegt. Dieses zweistufige, komplexere System ersetzt den Verbrennungsmotor, der, wie wir uns erinnern, die aus dem Brennstoff erzeugte Energie direkt auf die Antriebswelle überträgt. Ein Brennstoffzellenmotor ist somit keine Methode zur Erzeugung von Energie, sondern nur eine andere Möglichkeit, diese zu nutzen.

In der Presse wird selten erwähnt, dass Wasserstoffgas einen Verbrennungsmotor auch ohne Brennstoffzellen betreiben kann, und zwar mit einer ähnlichen Technik, wie sie auch beim Propan- oder Erdgasantrieb zum Einsatz kommt. Und auch ein mit Wasserstoffgas betriebener Verbrennungsmotor produziert wie die Brennstoffzelle keinerlei Kohlendioxid. Dafür ist der aus preiswertem Gusseisen hergestellte Verbrennungsmotor – auch von den Energiekosten her – weit günstiger als der Brennstoffzellenmotor, der auf zwei teure Systeme zurückgreift (platinummantelte Brennstoffzelle und Kupferelektromotor).

Warum also überhaupt einen Brennstoffzellenmotor statt des guten, alten Verbrennungsmotors benutzen? Weil es der Theorie nach effizienter ist, Wasserstoff in Energie umzuwandeln und damit einen Elektromotor anzutreiben, als einfach nur Wasserstoff zu verbrennen und damit einen Motor zu betreiben.

Diese Rechnung klammert allerdings den Aufwand aus, der mit der Herstellung von Wasserstoff verbunden ist. Es gibt viele Herstellungsmethoden, doch die beiden geläufigsten bestehen darin, Wasser mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten oder aber den Wasserstoff unter Einsatz von Hochdruckdampf aus Erdgas oder Wasser zu lösen. So oder so ist es sehr aufwändig, das Wasserstoffgas zu transportieren, zu komprimieren und zu lagern.

Eine weitere Methode der Wasserstoffproduktion wird als „Severe Reforming“ bezeichnet. Dabei wird Erdgas, CH4 (Methan), in Kohlendioxid und H2-Moleküle (Wasserstoffmoleküle) umgewandelt, und zwar bei Temperaturen, die superkritischen Dampf erfordern – wozu natürlich einmal mehr fossiler Brennstoff bzw. Atomenergie nötig ist. Das ist keine langfristige Lösung, da Erdgas genauso wie Erdöl knapp wird. Durch die Umwandlung von Erdgas in Wasserstoff wird lediglich erreicht, dass die Emissionen nicht mehr durch den Autoauspuff, sondern durch die Schornsteine der Wasserstoffproduzenten entweichen – hier findet keine Verminderung von Treibhausgasen statt.

Eine andere Möglichkeit, den für eine Brennstoffzelle benötigten Wasserstoff herzustellen, ist die Umwandlung von Flüssigtreibstoff in Wasserstoff im Fahrzeug selbst. Wenn man Flüssigtreibstoff mit einer Reformer-Brennstoffzellenkombination in Elektrizität umwandelt, um ein Fahrzeug anzutreiben, so erhält man eine Effizienz von 45 Prozent gegenüber der Effizienz von gerade einmal 20 Prozent eines Verbrennungsmotors.

Ethanol als Alternative

Es gibt einen Weg, Wasserstoff mithilfe von Sonnenlicht herzustellen, ohne dass Treibhausgase entstehen: indem man Ethanol als Flüssigkraftstoff verwendet und es im Fahrzeug selbst in Wasserstoff umwandelt. Die beiden großen Vorteile, die Ethanol in punkto Umwandlung gegenüber Benzin hat, sind zum einen seine Erneuerbarkeit und zum anderen ein platinfreier Katalysator. Ethanol lässt sich mit einem Nickelkatalysator schon bei angenehmen 290 Grad Celsius reformieren, und mittels eines Rhodium-Cerium-Katalysators wandelt es sich bei 650 Grad Celsius selbst um, was noch effektiver ist.

Endlich ein Licht am Ende des Tunnels – und es stammt von einer erneuerbaren Energiequelle. Die Abgasemissionen eines Fahrzeugs, das mit Ethanol-Reformer-Brennstoffzelle betrieben wird, betragen gerade einmal 13 Prozent der Emissionen eines Verbrennungsmotors.²⁴ Somit finden wir uns unerwartet mit der Perspektive konfrontiert, dass ein Motor auf der Basis einer Solar-Wasserstoff-Brennzelle ein durchaus praktikables Konzept ist, sofern er mit Ethanol als Solar-Wasserstoffquelle betrieben wird. Für diesen Lösungsansatz plädiert Lanny Schmidt, Professor für Verfahrenstechnik an der University of Minnesota, und er wäre schon jetzt umsetzbar. Es ist eine Energielösung, die sofort und mit wenig Entwicklungskosten realisiert werden kann – aus Ethanol generierter Wasserstoff kann sowohl den Verbrennungsmotor heutiger Fahrzeuge antreiben als auch die Brennstoffzellen zukünftiger Autos, sofern diese je gebaut werden.

Befürworte ich also Brennstoffzellen für Fahrzeuge? Nein, denn selbst wenn ein ins Fahrzeug integrierter Umwandlungsmechanismus eine Effizienz von 45 Prozent aufweist, so hat sich bereits Alkoholdampf als Antrieb für Verbrennungsmotoren mit einer Effizienz von 43 Prozent bewährt. Die Komplexität und die Kosten, die eine Solar-Wasserstoff-Brennzelle mit sich bringen, sind den Aufwand nicht wert.

Auf anderen Gebieten wären solche Brennstoffzellen allerdings durchaus sinnvoll. Unternehmen sollten längst damit angefangen haben, kleine Brennstoffzellen auf Methanol- und Ethanolbasis für Laptops und Mobiltelefone anzubieten. Alkohol besitzt weit mehr Energie pro Kubikzentimeter als jeder herkömmliche Akku. Die Hersteller kleiner Brennstoffzellen schätzen, dass ein Alkoholakku die 18-fache Energiemenge eines herkömmlichen Akkus derselben Größe aufbrächte und dass derartig ausgestattete Mobiltelefone nur einmal pro Monat aufgeladen werden müssten!²⁵ Zudem wären dafür weder viel Zeit noch eine Steckdose erforderlich, da es genügte, hochkonzentrierten Alkohol aus einer Flasche nachzufüllen, die in jede Aktentasche passt. (Ich mag diese Vorstellung. Geschäftstreffen würden um Einiges entspannter verlaufen, wenn jeder Teilnehmer eine solche Flasche in seiner Tasche hätte.) Für kleinere Geräte versprechen die allerneuesten biologischen Brennstoffzellen sogar eine noch höhere Effektivität.

Der empfindliche Planet

Wie viele Menschen die kommenden ökologischen Veränderungen überleben werden, vermag niemand zu sagen. Buckminster Fuller sagte einst zu mir, es grenze an ein Wunder, dass wir überhaupt existierten. Wir leben auf der dünnen Kruste bewohnbaren Landes eines Planeten, der von einer dünnen Gasschicht umgeben ist, die das Leben hier erst möglich macht. Nehmen Sie eine Edelstahlkugel von 30 Zentimetern Durchmesser, polieren Sie sie auf Hochglanz und hauchen Sie sie an – damit haben Sie ein anschauliches Bild davon, wie empfindlich die Erde ist. Der kondensierte Dampf Ihres Atems auf der Kugel entspricht dem Durchmesser der Erdkruste. Unter diesem Belag aus Wasserdampf besteht die Erde aus geschmolzenem Gestein. Die Hülle der Atmosphäre, die uns umschließt, ist weniger als halb so dick wie die Erdkruste. Die höchsten Punkte der Erde sind nur wenige tausend Meter von dem leeren Vakuum des Weltraums entfernt. Der Weltraum ist weniger „dort draußen“ als vielmehr unmittelbar über uns.

Angesichts dieses verwundbaren, ballonförmigen Raumschiffs aus Land und Atmosphäre, das die Grenze zwischen den minus 90 Grad Celsius des Weltalls und den gut tausend Grad Celsius der geschmolzenen Masse aus flüssigem Metall im Erdkern markiert, und angesichts der Dünnhäutigkeit dieses Wunders ist es wohl an der Zeit zu erkennen, dass wir die wunderbare Schicht, auf der wir leben und zu überleben hoffen, nicht länger mit hunderten Millionen Tonnen an Abfall verschmutzen können. Der Atemhauch, der vielleicht das einzige Leben birgt, dass es in diesem Universum gibt (da ein Beweis für das Gegenteil noch aussteht), ist es wert, bewahrt zu werden. Es lohnt sich, für ihn zu kämpfen.

Lassen Sie uns beginnen.