Ist Wasserstoff gefährlich?

Die Hindenburg-Explosion am 6. Mai 1937 in Lakehurst, New Jersey. AFP / Getty Images

Als sich das Luftschiff Hindenburg am 6. Mai 1937 seinem Dock in Lakehurst, New Jersey, näherte, war das Luftschiff, das die Passagierdecks in der Höhe hielt, mit Wasserstoff gefüllt. Dieses Element, das einfachste - und am häufigsten vorkommende - im Universum, hat ein Proton mit einem einzelnen Elektron, das sich um es dreht. Wasserstoff wiegt auch das geringste aller Elemente atomar. Es kann einen ziemlichen Schlag versetzen und enorme Energie erzeugen, wenn Sauerstoff und eine Zündquelle eingeführt werden. Als die Hindenburg explodierte, erlebte die Welt die Kraft von Wasserstoff.

Als die Hindenburg an diesem Maiabend anlegte, war die Außenhaut des Luftschiffes einem statischen Funken ausgesetzt. Innerhalb von Sekunden rissen Flammen über das Luftschiff und reduzierten es zu einem Flammenball und verdrehtem Metall. Sechsunddreißig Menschen kamen bei der Katastrophe ums Leben [Quelle: National Archives]. Und so schnell wie die Hindenburg brannte, so auch die öffentliche Meinung zu Wasserstoff. Für viele Jahrzehnte nach der Katastrophe wurde Wasserstoff mit Skepsis und sogar Alarm betrachtet. In Bezug auf das Element entwickelte sich ein "Wasserstoff-Angstfaktor" [Quelle: Edwards].

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Angesichts der wachsenden Besorgnis über eine möglicherweise schwindende weltweite Ölversorgung und die zunehmenden Schadstoffemissionen dieses Öls überdenken Energieforscher heute Wasserstoff als Kraftstoffquelle. Es ist sicherlich vielversprechend: Wasserstoff stößt wenig oder gar keine Treibhausgase aus. Die Hauptnebenprodukte sind Wasserdampf und Wärme. Wasserstoff hat die höchste Energieabgabe aller Brennstoffe [Quelle: CECA]. Und es ist reichlich vorhanden; Wasserstoff kann aus einer Reihe von Quellen erzeugt werden, vom Erdgas bis zum Wasser.

Die Frage bleibt jedoch weiterhin: Ist Wasserstoff eine sichere Energiequelle für unsere Autos? Wie kann Wasserstoff überhaupt als Kraftstoff verwendet werden? Auf der nächsten Seite finden Sie eine kurze Einführung.

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Eine Technik zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser, die an der Universität von New South Wales in Australien entwickelt wurde, wurde 2005 demonstriert. Die Methode nutzt Sonnenenergie, um die Reaktion zu befeuern. Ian Waldie / Getty Images

-Wasserstoff ist eigentlich keine Energiequelle - es ist eine Energieträger [Quelle: CECA]. Wasserstoff trägt die Energie, die bei seiner Produktion entsteht. Es ist ähnlich wie Elektrizität: Wir können keinen Strom verbrennen (der ein Energieträger ist), aber Strom kann durch Verbrennen von Energiequellen wie Erdgas oder Erdöl erzeugt werden. Dann transportiert Elektrizität diese Energie zu anderen Orten, wie den Steckdosen in Ihrem Haus.

Dies bedeutet, dass dem Energieträger grob gesagt die Energie gegeben werden muss, die er tragen kann. Wir müssen also Energie erzeugen, um Wasserstoff herzustellen. Dies ist viel einfacher als die herkömmliche Methode zur Gewinnung unserer Hauptbrennstoffquelle Öl. Um Öl zu erhalten, muss in Reserven gebohrt, aus dem Boden gepumpt, raffiniert und zur Tankstelle geschickt werden. Durch die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoffquelle können wir im Wesentlichen unseren eigenen Kraftstoff produzieren und all diese Schritte eliminieren - und möglicherweise den geopolitischen Konflikt, den Öl verursacht.

Wasserstoff wird durch einen Prozess erzeugt, der als bekannt ist reformieren. Natürlich können wir Wasserstoff als Mittel zur Energieübertragung erzeugen, indem wir Erdgas oder eine andere Kraftstoffquelle auf Kohlenstoffbasis verbrennen. Tatsächlich ist die Methanreformierung (Trennung von Wasserstoff von Kohlenwasserstoffen durch Verbrennung von Erdgas) derzeit die praktikabelste Methode zur Herstellung von Wasserstoffbrennstoff. Mit dieser Methode sind wir jedoch wieder auf dem ersten Platz, was die Treibhausgasemissionen betrifft. Während der Prozess der Energieübertragung aus Wasserstoff sauber sein wird, wird der Prozess der Erzeugung von Wasserstoff immer noch fossile Brennstoffe verbrennen und Treibhausgase emittieren.

Ebenso wie es sauberere Möglichkeiten zur Stromerzeugung gibt (wie Wasserkraft), kann Wasserstoff auch durch Wind- oder Sonnenenergie sauber erzeugt werden - selbst durch Mikroben, die Algen fressen und Wasserstoff als Abfallprodukt produzieren [Quelle: NREL]. Forscher bewerten diese Methoden als zuverlässige Methoden zur Erzeugung von Wasserstoff ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe. Und andere finden heraus, wie Sie diesen produzierten Wasserstoff am besten für den Antrieb Ihres Autos nutzen können.

-Autoingenieure haben entwickelt Wasserstoff Brennstoffzellen. Diese Brennstoffzellen erzeugen Strom, um Ihr Auto mit Strom zu versorgen elektrochemische Umwandlung. Das reine chemische Element Wasserstoff wird in Protonen und Elektronen gespalten, ein Prozess, der Elektrizität erzeugt. Wenn es sich mit Sauerstoff mischt, ist das Nebenprodukt des Prozesses Wasser. Da eine Brennstoffzelle allein nicht genug Strom produzieren kann, um ein Auto anzutreiben, müssen Zellen zusammengesetzt werden, um sie zu erzeugen Brennstoffzellenstapel [Quelle: Fuel Economy.gov]. Sobald Sie jedoch ein paar Stapel zusammengestellt haben, kann Ihr Auto mitzoomen.

Ein großes Problem bleibt jedoch: die Speicherung des Wasserstoffs an Bord Ihres Fahrzeugs. Einige Methoden werden bereits verwendet. Wasserstoff kann in Form eines unter hohem Druck stehenden Gases oder einer extrem kalten Flüssigkeit wie kryogenem Wasserstoff gespeichert werden. Dies funktioniert zum Speichern von Wasserstoff an den Kraftstoffpumpen, ist jedoch nicht praktisch, um Kraftstoff in Ihrem Auto herumzutragen. Kryogene Wasserstoffflüssigkeit würde ein zusätzliches Bordsystem erfordern, um den Kraftstoff kalt zu halten. Dies würde das Gewicht erhöhen, was sich auf die Energieeffizienz des Fahrzeugs auswirkt.

Die Forscher untersuchen immer noch die optimalen Möglichkeiten, Wasserstoff als Kraftstoffquelle zu speichern und zu nutzen. Ein Teil dieser Forschung besteht darin, die Befürchtungen der Öffentlichkeit vor Wasserstoffbrennstoff zu zerstreuen. Die Wissenschaft mag in der Lage sein, das Rätsel um Wasserstoff zu lösen, aber wenn sich die Fahrer nach einem Kotflügelbieger immer noch vorstellen, lebendig in einem weißglühenden Flammenball verbrannt zu werden, wer würde dann überhaupt ein Auto mit Wasserstoff kaufen? Vielleicht wird die nächste Seite Ihre Sorgen lindern.

Der Motor eines Ford Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektroautos. Das Auto war auf der nationalen Konferenz der National Hydrogen Association 2005 zu sehen. Joe Raedle / Getty Images

In vielen Fällen ist Wasserstoff sicherer als der Kraftstoff, mit dem wir derzeit unsere Autos antreiben. Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis neigen dazu, sich als Flüssigkeiten auszubreiten (wie Sie wissen, wenn Sie jemals Benzin an der Pumpe verschüttet haben). Beim Verbrennen erzeugt herkömmlicher Kraftstoff heiße Asche und erzeugt Strahlungswärme. Dies ist bei Wasserstoff nicht der Fall. Wasserstoff verbrennt in seiner reinen Form keinen Kohlenstoff und erzeugt keine heiße Asche und sehr wenig Strahlungswärme [Quelle: RMI]. Wenn Wasserstoff austritt, steigt er außerdem schnell in die Atmosphäre auf, sodass er weniger Zeit zum Verbrennen hat [Quelle: Princeton]..

Was ist also mit der Hindenburg? Sowohl Befürworter als auch Gegner von Wasserstoff haben sich in ihrer Debatte auf das unglückliche Luftschiff festgelegt. Während Gegner darauf als warnende Geschichte hinweisen, betrachten Befürworter es als Entlastung für Wasserstoff.

Obwohl der Wasserstoff an Bord der Hindenburg mit unglaublicher Kraft brannte, war es nicht der Wasserstoff, der die Katastrophe verursachte - es war Aluminiumpulver. Um das Sonnenlicht zu reflektieren, wurde die Haut von Hindenburg mit diesem Pulver bedeckt, einer Form, die Raketentreibstoff entspricht [Quelle: RMI]. Und das Baumwollgewebe, aus dem die Haut des Luftschiffes bestand, war mit leicht entflammbarem Acetat wasserdicht [Quelle: ABC]. Wasserstoff-Befürworter weisen auch darauf hin, dass die Flammen in der Hindenburg-Katastrophe eher nach oben als nach außen brannten, weil das Element so leicht ist. Dadurch blieben die Passagiere im Träger unter den Flammen relativ unbehelligt. Fünfunddreißig der 36 Todesfälle in Hindenburg waren das Ergebnis von Passagieren, die aus dem Luftschiff sprangen. Alle, die an Bord blieben, überlebten [Quelle: RMI].

Die Herausforderung bei der Speicherung von Wasserstoffbrennstoffen besteht darin, Wege zu finden, um Speichertanks zu schaffen, die sich für zukünftige Generationen nicht als warnende Geschichte gegen Wasserstoff erweisen. Mit anderen Worten, was wäre der beste Speichertank, um zu verhindern, dass Wasserstoff bei einem Autounfall explodiert??

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Stahltanks sind eine Möglichkeit. Sie sind stark genug, um als zuverlässige Träger für Wasserstoffgas in Automobilen zu dienen. Wenn sich ein Unfall ereignet, kann ein Stahltank wahrscheinlich einem Aufprall standhalten, ohne einen Reifenschaden oder Bruch zu erleiden. Ein Problem bei Stahl ist jedoch, dass Wasserstoff so leicht und daher weniger dicht als Benzin ist. Jeder Tank, der unter Druck stehenden Wasserstoffkraftstoff enthält, muss viel größer sein als der herkömmliche Gastank Ihres Autos. Ein Stahltank wäre ziemlich schwer und würde die Energieeffizienz verringern.

Verbundwerkstoffe scheinen noch vielversprechender zu sein als Stahl. Tanks aus Polyethylen sind leicht, können passend zu einem Auto geformt werden und sind darauf ausgelegt Pulver -- absorbieren die Energie eines Aufpralls, reduzieren den Tank zu Staub und geben den Wasserstoff angeblich sicher an die Atmosphäre ab [Quelle: Princeton].

Wasserstoff kann letztendlich in Materialien gespeichert werden, die das Element halten und bei Bedarf freisetzen können. Einige Arten von Metall, wie Metallhydrid, können Wasserstoffmoleküle innerhalb ihrer Zusammensetzungsstruktur einfangen. Hier wird der Wasserstoff sicher gespeichert und beim Erhitzen des Metalls freigesetzt. Was diese Technologie noch attraktiver macht, ist, dass die für die Freisetzung von Wasserstoffmolekülen aus ihren Metalltanks erforderliche Wärme aus der Abwärme einer Wasserstoffbrennstoffzelle stammen kann [Quelle: DOE].

Es scheint nicht, dass der "Wasserstoff-Angstfaktor" viel dazu beiträgt, die weitere Erforschung seiner Lebensfähigkeit als Kraftstoffquelle zu verhindern. Und wenn der Welt wirklich das Öl ausgeht, müssen wir diese Ängste möglicherweise ein für alle Mal beiseite legen.

Weitere Informationen zu Wasserstoff und anderen verwandten Themen finden Sie auf der nächsten Seite.

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Weitere großartige Links

• US-amerikanische DOE-Homepage für Energieeffizienz und erneuerbare Energien (EERE)
• Rocky Mountain Institute
• Hindenburg Disaster Radio Broadcast im Nationalarchiv

Quellen

• Edwards, Peter P. "Unsere Angst vor Wasserstofftankstellen." Die Zeiten. 21. April 2008. http://www.timesonline.co.uk/tol/comment/letters/article3784369.ece
• Kruszelnicki, Karl S. "Hindenburg und Wasserstoff." Australische Rundfunkgesellschaft. 2004. http://www.abc.net.au/science/k2/moments/s1052864.htm
• Murphy, Christian. "Differenzierung von Energiequellen und -trägern." Consumer Energy Council of America. 30. Juli 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/SourcesCarriers.html
• "Brennstoffzellenfahrzeuge." California Energy Commission. http://www.consumerenergycenter.org/transportation/fuelcell/index.html
• "Kraftstofflager." Princton University. http://www.princeton.edu/~chm333/2002/spring/FuelCells/H_storage.shtml
• "Wie sie funktionieren: PEM-Brennstoffzellen." Fuel Economy.gov. http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_PEM.shtml
• "Wasserstoff Fakten." Consumer Energy Council of America. 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/Fuelfacts/HydrogenFacts.html
• "Wasserstoffproduktion und -abgabe." Nationales Labor für erneuerbare Energien. 1. Juni 2007. http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_production_delivery.html
• "Ist Wasserstoff gefährlich?" Rocky Mountain Institute. http://www.rmi.org/sitepages/pid205.php
• "Metallhydride." US-Energieministerium. 6. November 2006. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
• "Szenen aus der Hölle: Herb Morrison - Hindenburg-Katastrophe, 1937." Nationalarchive. http://www.archives.gov/exhibits/eyewitness/html.php?section=5