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Prof. Dr.-Ing. Carl-Jochen Winter, Überlingen (96)

Dekarbonisierung - Rekarbonisierung

14.02.2012, 08:58 Uhr

Der international renommierte Wissenschaftler mit dem Markenzeichen "itsHYtime", Prof. Dr.-Ing. Carl-Jochen Winter, schreibt regelmäßig in diesem Newsletter eine Kolumne rund um das Thema "Technologien der Wasserstoffenergiewirtschaft. Aus den Entwicklungslaboren der Welt". Prof. Winter widmet bereits rund vier Jahrzehnte seines beruflichen Lebens den erneuerbaren Energien und dem Wasserstoff. - Nachfolgend sein 96. Newsletter-Beitrag.

Bildquelle: N. Muradov, to be published 2012

Durch den Übergang von Kohle auf Öl und Erdgas hatten wir uns seit Jahrzehnten daran gewöhnt, dass der Kohlenstoffanteil im Mix der fossilen Energieträger sinkt; willkommene Dekarbonisierung schien fast einem Naturgesetz gleichzukommen.

Jetzt aber hat sich der Wind gedreht: Infolge der massiven Kohlenutzung der Entwicklungsländer im Zuge ihrer Industrialisierung, etwa Indiens oder Chinas, trat Rekarbonisierung ein; es verhalten sich die atomaren Verhältnisse von Wasserstoff zu Kohlenstoff H/C für Erdgas, Öl und Kohle wie 4 : 2 : < 1. Die klimaökologischen Konsequenzen sind verheerend.

Was ist zu tun? Das Dekarbonisierungsdreieck (Bild) zeigt einen kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Mix bestehend aus Strom (e-) aus erneuerbarer oder kohlenstoffarmer Energie, Wasserstoff (H2) und Methan (CH4): Auf dem rechten Schenkel des Dreiecks wird Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff elektrolysiert, oder gegenläufig werden in einer Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff rekombiniert und Strom erzeugt. Am Fuß des Dreiecks bilden Wasserstoff und Kohlendioxid Methan CH4 (Sabatier Prozess, Paul Sabatier, 1912 Nobelpreisträger in Chemie), oder gegenläufig wird in der Wasserdampfreformierung von Methan (steam methane reforming, SMR) Wasserstoff erzeugt. Schließlich zeigt der linke Schenkel die Stromerzeugung aus Methan (Erdgas) in Gasturbinengeneratoren, oder anders herum wird mit Strom, Wasserdampf und Kohlendioxid bei Hochtemperatur Methan erzeugt.

Die Schlussfolgerung:

Vier der sechs Prozesse sind am Markt verfügbar, nämlich die beiden auf dem rechten Schenkel sowie die Reformierung am Fuß des Schenkels und die Stromerzeugung in Gasturbinengeneratoren (rechter Schenkel); die Methanisierung jeweils am Fuß des Schenkels und links sind noch im Labor; hier sind Ergebnisse dringend, um das Dekarbonisierungsdreieck ungeschmälert wirksam werden zu lassen.

Die bisher vorherrschende Thermodynamik von Wärmeverfahren wird ergänzt durch elektrochemische Verfahren. Kohle und Öl kommen in der Energiewirtschaft nicht mehr vor. Erwünschte Exergetisierung von Energie findet statt, die willkommene Erzeugung von mehr technischer Arbeitsfähigkeit aus Energie: Energie = Exergie + Anergie. Strom ist ohnedies reine Exergie, Wasserstoff in der aufkommenden Wasserstoffenergiewirtschaft wirkt exergetisierend, weil er die Umwandlung zu Strom in der Niedertemperatur-Brennstoffzelle möglich werden lässt, und Methan ist der kohlenstoffärmste, wasserstoffreichste der drei fossilen Energieträger. Anergie nimmt eine Minimum ein; wenn kein Wärmenutzer in der Nähe ist, wird sie in die Umgebung entlassen und ins Universum abgestrahlt, für den Menschen ein- für allemal verloren. Die Rekarbonisierung wird gestoppt, Dekarbonisierung nimmt wieder ihren gewohnten abwärts gerichteten Trend ein!