Methanol – vielleicht einmal der Treibstoff der Zukunft. Methanol lässt sich nicht nur aus dem Anbau von Energiepflanzen gewinnen – z. B. Mais, Zucker oder Getreide (das hätte den Nachteil, dass es in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht und den Anbau von Monokulturen begünstigt). Demgegenüber lässt sich Methanol aber auch CO2-neutral mit Hilfe der Energie der Sonne gewinnen. Zunächst wird es z. B. durch Elektrolyse  mit Hilfe von Solarstrom der Wasserstoff als Gas gewonnen. Reiner Wasserstoff hat allerdings den Nachteil, dass er nur sehr umständlich gespeichert werden kann. Entweder unter hohem Druck oder indem er verflüssigt wird. Dazu bedarf es allerdings einer Temperatur weit unter 0°C, und zwar -252°C oder etwa 20°K. Schon die Elektrolyse hat keinen besonders hohen Wirkungsgrad, wenn man dann auch noch den Solarstrom zur Erzeugung der niedrigen Temperatur verwendet, ist die gesamte Energieausbeute sehr schlecht. Der flüssige Wasserstoff muss in aufwändigen Thermos-Behältern abgefüllt und transportiert werden. Auch das Verbreiten von Wasserstoff über die vorhandenen Erdgaspipeline hätte seine Tücken. Wasserstoff ist sehr flüchtig und dadurch müssen die Dichtungen des Erdgasnetzes extrem verbessert bzw. umgebaut werden, was sehr kostentreibend ist.

Aber es gibt eine interessante Alternative. Da spielt wieder die Sonnenenergie und noch zu entwickelnde spezielle Katalysatoren eine Rolle. Man kann auf diese Weise daraus Methanol gewinnen. Allerdings benötigt man dazu wiederum CO2, denn der darin enthaltene Kohlenstoff bindet die Wasserstoff-Atome an sich, so dass der Wasserstoff quasi auf elegante Weise verflüchtigt wird. Wenn dann auch noch das CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird – was allerdings sehr aufwändig ist, oder aus recyceltem CO2 aus dem Abgas von nicht zu vermeidenden Verbrennungsmotoren oder mit Erdgas betriebenen Heizungsanlagen, dann ist es möglich, dieses Methanol völlig regenerativ und CO2-frai zu gewinnen.

Im folgenden Artikel wird eine Methode beschrieben, die – um Wasserstoff effizient in Brennstoffzellen einsetzen zu können – es wieder in Wasserstoff zurückgewandelt wird. Dann fragt man sich, warum es nicht auch direkt in vorhandenen Verbrennungsmaschinen eingesetzt werden kann. Die dabei entstehenden geringen Restmengen an CO2 können sogar recycelt werden, so dass das zu einem völlig CO2-freien Nullspiel wird. Dazu ist allerdings Technologie-Offenheit erforderlich und nicht die Verbots-Ideologie.

Brennstoffzellen, die einigermaßen einen hohen Wirkungsgrad entwickeln, bedürfen Betriebstemperaturen von über 800°C, so dass der praktische Vorteil gegenüber Verbrennungsmotoren verschwindet. Trotzdem möchte ich Ihnen den folgenden Artikel nicht vorenthalten.

Jean Pütz

(Ing) – Methanol – vielleicht einmal der Treibstoff der Zukunft. Methanol lässt sich nicht nur aus dem Anbau von Energiepflanzen gewinnen – z. B. Mais, Zucker oder Getreide (das hätte den Nachteil, dass es in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht und den Anbau von Monokulturen begünstigt). Demgegenüber lässt sich Methanol aber auch CO2-neutral mit Hilfe der Energie der Sonne gewinnen. Zunächst wird es z. B. durch Elektrolyse  mit Hilfe von Solarstrom der Wasserstoff als Gas gewonnen. Reiner Wasserstoff hat allerdings den Nachteil, dass er nur sehr umständlich gespeichert werden kann. Entweder unter hohem Druck oder indem er verflüssigt wird. Dazu bedarf es allerdings einer Temperatur weit unter 0°C, und zwar -252°C oder etwa 20°K. Schon die Elektrolyse hat keinen besonders hohen Wirkungsgrad, wenn man dann auch noch den Solarstrom zur Erzeugung der niedrigen Temperatur verwendet, ist die gesamte Energieausbeute sehr schlecht. Der flüssige Wasserstoff muss in aufwändigen Thermos-Behältern abgefüllt und transportiert werden. Auch das Verbreiten von Wasserstoff über die vorhandenen Erdgaspipeline hätte seine Tücken. Wasserstoff ist sehr flüchtig und dadurch müssen die Dichtungen des Erdgasnetzes extrem verbessert bzw. umgebaut werden, was sehr kostentreibend ist.

Falls im nächsten Jahr die ersten Serienautos mit Brennstoffzelle auf den Straßen rollen, könnte es bis dahin an der Zapfsäule schon eine Alternative zu Wasserstoff in Gasform geben: flüssiges Methanol. Wiener Forscher entschlüsseln derzeit die Rätsel der Katalysatoren, die Methanol während der Fahrt in ein Gemisch aus CO2 und molekularem Wasserstoff umwandeln.

Automobilbauer weltweit forschen an Alternativen zum klassischen Otto-Motor. Als umweltfreundliche Antriebstechnik gilt die Brennstoffzelle. Sie gewinnt Reaktionsenergie, indem sie Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umwandelt. Aus dem Auspuff strömt lediglich harmloser Wasserdampf. Der japanische Autobauer Toyota will bereits nächstes Jahr den FCV auf die Straße schicken. Der Wasserstofftank soll hinter der Rückbank des Brennstoffzellenautos installiert sein und sich in drei bis fünf Minuten betanken lassen – ein wesentlicher Vorteil zur längeren Ladezeit der Elektromotoren.

Doch das Tanken mit Wasserstoff sorgt bei vielen potentiellen Nutzern für Unbehagen. Denn das Gas zischt solange durch den Schlauch der Zapfsäule, bis im Druckgastank ein gewaltiger Druck aufgebaut ist. Bis zu 700 bar herrschen im Inneren – das über Deihundertfache des üblichen Reifendrucks. Eine Größenordnung, bei der viele Interessenten an eine rollende Bombe denken.

Brennstoffzellen-Autos könnten auch flüssiges Methanol tanken
Wasserstoff für Brennstoffzellenautos muss man allerdings nicht zwangsweise in Gasform tanken. Eine Alternative ist flüssiges Methanol. Es lässt sich während der Fahrt wieder in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegen. Bei dieser sogenannten Dampfreformierung spielen Metallkatalysatoren eine Schlüsselrolle, die Forscher an der Technischen Universität in Wien derzeit untersuchen. Denn nur mit dem richtigen Katalysator entsteht aus Methanol und Wasserdampf ein reines Gemisch aus CO₂ und molekularem Wasserstoff, das kein für die Brennstoffzelle gefährliches Kohlenmonoxid enthält.

Besonders kompliziert sind die Prozesse an der Katalysatoroberfläche. „Unterschiedliche Atom- und Molekülsorten sind beteiligt“, erklärt Forscherin Karin Föttinger, die im Spezialforschungsbereich Foxsi der TU Wien arbeitet. „Oft ist schwer zu sagen, welche für die Reaktion wichtig sind, und welche untergeordnete Rollen spielen.“

Forscher kommen Geheimnissen der Katalysatoren auf die Spur
Während sich viele Experten in der Industrie noch nach dem Schema Versuch und Irrtum an die richtige Zusammensetzung der Katalysatoren herantasten, geht die TU Wien einen Schritt weiter. Mit modernen spektroskopischen Methoden untersucht Föttinger, wie Reaktionen am Katalysator im Detail ablaufen. Ihr Kollege Christoph Rameshan trennt die einzelnen Komponenten und analysiert sie in Modellsystemen einzeln. So können die Forscher nachvollziehen, was genau bei den komplizierten chemischen Prozessen an der Katalysator-Oberfläche passiert.

Als Katalysatoren kommen übrigens meist winzige Nanopartikel aus Metall zum Einsatz – oft aus Palladium. Sie sitzen auf Metalloxid-Oberflächen wie Zinkoxid. Heiß diskutiert war in den letzten Jahren die Frage, ob das Oxid oder das Reinmaterial für die Katalyse zuständig ist. Föttinger gibt jetzt eine Antwort: „Unsere Messungen zeigen: Man braucht beides.“ Kollege Rameshan konkretisiert: „Das Oxid ist wichtig für die Wasseraktivierung, für die Aufspaltung der Wassermoleküle. Das Metall hingegen ist wichtig für die Aufspaltung des Methanols.“