Forschende arbeiten auf allen Ebenen an alternativen Mobilitätskonzepten. Von Batterie über Wasserstoff bis hin zu Methan. Mit den Strategien der Politiker sind sie nicht immer einverstanden. In Österreich sorgt der ÖVP-Spitzenkandidat Sebastian Kurz anhaltend für Debatten. Er möchte Österreich zur Wasserstoffnation Nummer eins machen und bis 2025 flächendeckend Wasserstofftankstellen errichten.
Der Mikrobiologe Heribert Insam sieht vor dem Hintergrund der Klimadebatte die Notwendigkeit rasch zu handeln. Gleichzeitig fordert er aber dazu auf, die Dinge weiterzudenken und alle Vor- und Nachteile der einzelnen Energieträger abzuwägen. Insam ist Leiter des Instituts für Mikrobiologie an der Universität Innsbruck und forscht an Möglichkeiten der Methangewinnung in Biogasanlagen. Methan ist ein brennbares Gas, das in der Natur vorkommt, aber auch aus erneuerbaren Rohstoffen produziert werden kann. Zur Anwendung kommt es hauptsächlich in der Strom- und Wärmegewinnung.
Insam sieht in Methan aus erneuerbaren Quellen (Biomethan) den geeigneteren Treibstoff als in Wasserstoff.
Diversität hält Systeme stabil
Der Forscher hält es für eine politische Fehlentscheidung, dass Österreich schon vor zwanzig Jahren die Förderung von Biogasanlagen gestoppt hat. Damals war Österreich – mit einem Anteil von siebzig Prozent – führend in der Herstellung von erneuerbaren Quellen. Ein Anteil, der maßgeblich auf Wasserkraft beruhte. Seitdem habe sich die Zahl der Biogasanlagen in Österreich nicht mehr erhöht und liege konstant bei etwa dreihundert. In Deutschland gebe es indessen 9500 Biogasanlagen sowie flächendeckend Photovoltaik- und Windenergie-Anlagen, so der Forscher.
„Diversität ist wichtig, um Systeme stabil zu halten. Auch Länder, die nur auf Atomstrom gesetzt haben, sind eingefahren. Auch sollte Energie nicht nur aus High-Tech-Quellen kommen, weil diese zunehmend störanfällig sind. Biotech ist resilienter und sollte Teil des Mix sein, mit dem wir unsere Energieversorgung sicherstellen.“ Heribert Insam
Das wesentliche Potenzial von Wasserstoff als Energieträger sieht der Forscher in dessen Nutzbarkeit für die Herstellung von Methan!
Methan (=Erdgas) Verteilungsnetze schon verfügbar
Problematisch an Wasserstoff seien
- Die fehlende Infrastruktur hinsichtlich Leitung und Lagerung;
- Der niedrige Wirkungsgrad (ca. 25%) von der Quelle zum Rad;
- Die geringe Energiedichte – dreimal größere Tanks oder dreimal höhere Drücke als bei Methan werden gebraucht;
- Die Kleinheit des Moleküls – H2 verschwindet durch „Schlupf“ aus Leitungen;
„Eine Infrastruktur für Wasserstoff zu schaffen, dauert fünfzehn Jahre. Es braucht neue Leitungen, man müsste alle Straßen wieder aufreißen. Wir brauchen Technologien, die schon verfügbar sind.“ Heribert Insam
In Österreich und in Europa sei durch die Forschung genügend Know-how und auch die notwendige Infrastruktur vorhanden, um die Mobilität durch Methan voranzutreiben, so der Forscher. Für die Beförderung von Methan müssten keine neuen Leitungen gebaut werden, bestehende Erdgasleitungen könnten intensiver genutzt werden.
Bestehende Infrastruktur
Die bestehende Infrastruktur aus der Erdgasförderung wäre auch bei der Herstellung und Lagerung von Methan nutzbar.
Die Herstellung erfolgt in Erdgaslagerstätten. „In das poröse Gestein früherer Erdgas-Lagerstätten wird Wasserstoff eingespeist und die darin lebenden Mikroorganismen wandeln den Wasserstoff in Biomethan um“, erläutert der Mikrobiologe.
Gleichzeitig könnten die Erdgaslagerstätten zur Lagerung von Methan genutzt werden. Das würde das Speicherproblem lösen.
Laut Insam eine Methode mit enormem Potenzial, weil damit ein beträchtlicher Teil des Energiebedarfs gedeckt werden könnte. Gleichzeitig könnte der CO2-Ausstoß reduziert werden.
Methan aus der Biogasanlage
Eine andere Art, Methan zu erzeugen, ist jene in der Biogasanlage, die auf landwirtschaftlichen und biologischen Abfällen basiert. Auch hier sind es wieder Mikroorganismen, die für die Entstehung von Methan verantwortlich sind. Das entstehende Biogas besteht zu etwa sechzig Prozent aus Methan und etwa fünfunddreißig Prozent aus Kohlenstoffdioxid.
In einer avancierten Art der Methanherstellung, könnte überschüssiger Strom aus Photovoltaikanlagen und Windkraftwerken genutzt werden. Avanciert, weil diese das Auffetten des Methangehalts auf fünfundneunzig Prozent ermöglicht. Dieser Anteil ist notwendig, um das Biogas gleich direkt in das bestehende Erdgasnetz einzuspeisen.
Aus Überschussstrom und Wasser wird in einer Elektrolyse Wasserstoff erzeugt. Dieser Wasserstoff wird – gemeinsam mit dem in Biogasanlagen vorhandenen Kohlendioxid – von speziellen Mikroorganismen (Archaeen) zu Methan verwandelt.
Auch bei dieser Produktionsmethode sieht Insam den Vorteil, dass eine bestehende Infrastruktur genutzt werden kann. Insam: „Die Biogasanlagenbetreiber sind froh darüber, weil sie so einen Upgrade bekommen. Das ist eine win-win-win-Situation.“
Hohes Energiepotenzial
Im Verhältnis zu Wasserstoff ist Methan ein sehr großes Molekül. Die Größe hat den Vorteil, dass die Moleküle nicht so leicht aus Leitungen entweichen können. „Hier sind die kleinen Wasserstoff-Moleküle im Nachteil, sie haben einen enormen Schlupf. Selbst bei der Verbrennung im Motor geht noch viel verloren“, erläutert der Wissenschaftler.
Von Nachteil in der Nutzung ist auch die geringe Energiedichte von Wasserstoff. Methan weist die dreifache Energiedichte auf. Um mit Wasserstoff dieselbe Energiedichte zu erreichen, müsste der Druck in den entsprechenden Tanks mit 700 bar etwa drei Mal höher sein, was dickere Wandungen mit sich bringen würde. Die Folge sind schwerere Tanks, die insbesondere im Individualverkehr ins Gewicht fallen.
“Last but not least ist Wasserstoff für die Mobilität höchst ineffizient. Zuerst muss mittels Elektrolyse H2 erzeugt werden, der dann, nach einem aufwändigen Transport, im E-Kraftfahrzeug über eine Brennstoffzelle wieder zu Strom wird. Der Wirkungsgrad liegt bei mageren fünfundzwanzig Prozent von der Stromerzeugung bis zum Antriebsrad. Dabei werden doppelt so viele Windräder und Photovoltaikanlagen benötigt, als bei anderen Antriebstechnologien.” Heribert Insam
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