Es gibt viele Wege, um Wasserstoff zu gewinnen. Das Aufspalten von Methan oder Wasser dürften die zwei bekanntesten sein. Doch auch aus Biomasse lässt sich Wasserstoff gewinnen. In einem Projekt entwickelte ein Team Forschender der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) das Prinzip der Photo-Pyrolyse. Durch das Verfahren kann Biomasse zu Wasserstoff, Biokohle und anderen Kohlenwasserstoffverbindungen, die als Brennstoffe genutzt werden können, umgewandelt werden – und zwar deutlich schneller und einfacher als das bisher der Fall war.
Das Verfahren setzt an der Biomasse Pyrolyse an. Dabei wird die Biomasse unter einem Druck von fünf Bar mit Temperaturen von 400 bis 800 Grad Celsius behandelt. Als Produkt entstehen dabei Biokohle und Syngas. Bei Syngas handelt es sich um ein Gasgemisch, was hauptsächlich aus Wasserstoff, aber auch Methan und Kohlenmonoxid besteht. Um die notwendigen Temperaturen und den Druck für die Reaktion zu erreichen, muss der Prozess unter hohem energetischem und technischem Aufwand ablaufen. Das macht die gewonnen Gase teuer und unattraktiv.
Bei dem Verfahren, das die Forschenden in Lausanne jetzt neu entwickelt haben, wird die Biomasse mit einer Xenonlampe geblitzt, um eine photo-thermische Reaktion zu provozieren. Dabei entsteht binnen Millisekunden Syngas und Biokohle. Zudem erfolgt die Reaktion unter normalem atmosphärischem Druck und bei Zimmertemperatur.
Um an die Brennstoffe zu kommen, muss die Biomasse zunächst 24 Stunden bei 105 Grad Celsius trocknen und anschließend zu einem feinen Pulver gemahlen werden. Das Team verwendete im Experiment hierfür Bananenschalen, Maiskolben, Orangenschalen, Kaffeebohnen und Kokosnussschalen. Im Experiment breiteten die Forschende das Pulver in einer dünnen Schicht in einem Edelstahlgefäß aus. 200 Grad heißes Argon ersetzte anschließend die Luft in dem Gefäß, um eine Oxidation zu vermeiden. Eine Xenonlampe blitzte das Pulver dann mit 13,1 Joule pro Quadratzentimeter für 14,5 Millisekunden. Die Forschenden wiederholten den Blitz einmal, dreimal und fünfmal.
„Jedes Kilogramm getrockneter Biomasse kann etwa 100 Liter Wasserstoff und 330 Gramm Biokohle erzeugen, was bis zu 33 Gewichtsprozent der ursprünglichen Masse der getrockneten Bananenschalen entspricht“, sagt Bhawna Nagar, die an der Studie mitgearbeitet hat. Etwa 70 Prozent der gewonnen Energie war nach dem Prozess in Flüssigkeiten gebunden. 24 Prozent der Energie war in Feststoffen, also Biokohle gebunden. Die verbleibenden sechs Prozent der Energie war in gasförmigen Produkten gebunden.
Durch das Verfahren konnten die Forschenden den spezifischen Brennwert von Bananenschalen von 18,87 Megajoule pro Kilogramm zu 87 Prozent binden. Die Bruttoenergieausbeute betrug demnach 16,41 Megajoule pro Kilogramm. Ein Kilogramm Bananen hat nach Gewicht einen Anteil von fünf Prozent Wasserstoff Atomen. Davon konnten 18,6 Prozent auch als reiner Wasserstoff eingefangen werden – 102,5 Liter pro Kilogramm Bananenschalen. Bei Zimmertemperatur und in Form von Gas entspricht das etwa neun Gramm Wasserstoff.
Abzüglich der aufgewendeten Energie für das 24-stündige Trocknen und das Blitzen der Biomasse erzielt die Methode ein positives berechnetes Energieergebnis von 4,09 Megajoule pro Kilogramm getrockneter Biomasse. Neben der Energieausbeute lässt sich Biokohle als Dünger, Elektrodenmaterial oder Kohlenstoffspeicher einsetzten. Die Forschenden sagen, dass ihre Arbeit den Anfang einer Möglichkeit bietet auch Industrieabfälle und alte Autoreifen zu Wasserstoff und Biokohle zu verarbeiten.
„Die Relevanz unserer Arbeit wird noch dadurch erhöht, dass wir indirekt das über Jahre gespeicherte CO2 aus der Atmosphäre auffangen“, sagt Nagar. „Das haben wir mit einer Xenon-Blitzlampe in kürzester Zeit in nützliche Endprodukte umgewandelt.“
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Das hört sich ja toll an! Aus einer Banane 100 Liter Wasserstoff. Das klingt ja so, als ob diese Technik unser Problem relativ schnell lösen könnte. Was immer nicht da steht, das eine Tankfüllung für den Wasserstoff PKW ca 80000 Liter Wasserstoff braucht. Da dieser so flüchtig ist wird er in Kilogramm gerechnet. Jetzt sieht die Sache schon wieder anders aus, aber auch Forschung in diesem Bereich kann sehr sinnvoll sein, denn es gibt immer neue Erkenntnisse.
Diese Technologie steht ja auch noch am Anfang. Klingt aber wirklich sehr interessant und vielversprechend. Der Bio Abfall fällt ja sowieso an, daher am besten so gut nutzen wie es geht. Allerdings steht im Text, dass aus einem Kilo Bananenschalen 100L Wasserstoff erzeugt werden kann und nicht aus einer einzigen Banane.
Von der H2-Forschern wird die erzeugbare Wassserstoffmenge immer gerne in „Litern“ angegeben. Gegenüber Laien hört sich das dann recht viel an, vor allem, wenn beim Ausgangsstoff eine Masse in kg angegeben wird. Aber bei Atmosphärendruck kann man mit dem Wasserstoff doch gar nichts anfangen.
1L Wasserstoff sind gerade mal 0,09 g H2, aus dem ca. 0,002 kWh Strom gewonnen werden können. Für 100 km im H2-PKW bräuchte es also 100 kg Biomasse, was sonst den „herkömmlichen“ Brennwert von ca. 500 kWh_th gehabt hätte.
Der Artikel gibt auch korrekt 9 Gramm Wasserstoff an. Bitte genau lesen!
Spürnase hat doch genau gelesen: Aus einem Kilo Bananen macht man 9 g Wasserstoff, der bei Atmosphärendruck 100l einnimmt. Ein Liter sind dann bei Atmospärendruck eben 0,09g. Bitte genau lesen, und richtig rechnen.
Ich habe auch erst an einen Faschingsscherz am Aschermittwoch gedacht, vor allem mit dem Photo der Bananenschale dazu, das die Gedanken wahrscheinlich in die falsche Richtung lenkt. Aber ein Urteil über die Praxistauglichkeit will ich mir hier ersparen. Der Xenonblitz könnte etwas teurer sein. Aber bei Grundlagenforschung sollte man auch nicht zu strenge Maßstäbe anlegen – sehr wahrscheinlich wird das wieder in der Versenkung verschwinden, aber vielleicht findet sich auch eine Nische, aus der dann später ein großtechnisches Verfahren wird. Das kann niemand seriös vorhersagen.
Tolle Sache, vor allem die genaue Berechnung der positiven Energiebilanz beeindruckt!
Eßt mehr Bananen!
Lieber jahrelang keine Bananen essen und sich gleich ein Balkonkraftwerk kaufen, da hat man wesentlich mehr davon. Das Balkonkraftwerk hat sich in drei bis vier Jahren amortisiert und dann gibt es bis zu 500 kWh Grundversorgung komplett umsonst. Banane entwickeln bei der Reife Alkohol und sehr viele Kalorien. Ich glaube Solarmodule sind gesünder, machen froh und nicht so dick!😏
Da ist die Energie zur Gewinnung des Schutzgases Argon sicher nicht berücksichtigt! Energetisch wäre es sinnvoller, getrocknete Bananenschalen direkt zu verbrennen. Da es sich um regenerativen Ausgangsstoff handelt, ist die CO2-Bilanz ausgeglichen.
„… Zimmertemperatur…“
„…200 Grad heißes Argon…“
Chemiker haben schon seltsame Vorlieben 😂