Puzzleteil im Mosaik der Energiewende

In der Dezemberausgabe berichtete luhze über die Arbeit von UFZ-Forscherin Katja Bühler zu weißem Wasserstoff und ihr Engagement im nationalen Wasserstoffrat.

Wasserstoff gehört zu den am häufigsten vorkommenden Elementen auf der Welt. Seit Ende des 20. Jahrhunderts wird molekularer Wasserstoff als Energieträger der Zukunft gehan­delt. Biotechnologin Katja Bühler ist Professorin an der TU Dresden, forscht am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig (UFZ) und ist Mitglied im nationalen Wasserstoffrat. Sie weist auf die Vorteile hin, die in Zukunft von Bedeutung sein könnten: „Das Erdgastransportnetz ist in Deutschland gut ausgebaut und kann, wenn man das will, auch für Wasserstoff genutzt werden.“ Ein weiterer Punkt wäre, dass neuere Geräte für Endverbraucher*innen, unter anderem Gasthermen, sich auch mit Wasserstoff betreiben ließen.
Ziel der Energiewende ist auch CO2-Neutralität, deswegen ist nicht jede Art von Wasserstoff politisch gewollt. Die Farben werden nach dem Produktionsweg unterschieden. Grauer Wasserstoff fällt als Abfallprodukt in der Industrie an, ist nicht CO2-neutral und seine Nutzung wäre kein Beitrag zum Klimaschutz. Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. „Die Zukunft gehört allein dem grünen Wasserstoff”, sagte Bundesforschungsministerin Anja Kar­li­czek dem Handelsblatt ver­gan­genes Jahr in einem Interview. Es gibt auch noch weitere Farben. Pink steht für Wasserstoff, der durch Elektrolyse mit Kernenergie erzeugt wird.

Katja Bühler

Die Produktion von Wasserstoff durch Photosynthese betreibende Bakterien wird mit der Farbe Weiß beschrieben und am UFZ von Bühler und ihrer Arbeitsgruppe Katalytische Biofilme erforscht. Schon vor den Pflanzen haben Cyanobakterien Photosynthese betrieben. Diese Bakterien wur­den dann von präpflanzlichen Zellen aufgenommen und verblieben als Chloroplasten. „Wir nutzen direkt die Bakterien, da sie weniger Ansprüche an die Umgebung haben und sehr viel schneller wachsen“, erklärt Bühler. „Bei der Photosynthese entstehen Protonen, Elektronen und Sauerstoff. Der Sauerstoff entweicht in die Luft. Wir verändern die Bakterien so, dass sie ein Enzym produzieren, das aus den Protonen und Elektronen Wasserstoff macht.“
Die produzierten Mengen seien nur bisher noch sehr gering. Die Probleme lägen in der schwierigen Stabilisierung des Enzyms und der Erhöhung der Umsetzungsraten.
Die Forschung sei vielversprechend. Trotzdem könne weißer Wasserstoff nicht die alleinige Lösung sein. Neben der Leistungsfähigkeit des einzelnen Cyano­bakteriums ist auch der Flächen­verbrauch ein limitierender Faktor. „Nur weil man die Bioreaktoren auf jede beliebige Fläche aufbringen kann, heißt das ja noch nicht, dass es wünschenswert ist, jeden beliebigen Platz damit zuzupflastern“, sagt Bühler.
Die Leipziger Stadtwerke bau­en an einem Gaskraftwerk im Leipziger Süden. Bis Ende 2022 soll es fertig gebaut sein und von da an die Stadt mit Fernwärme versorgen. Mittelfristig ist die Befeuerung mit Wasserstoff geplant. Es stellt sich die Frage, ob Wasserstoff als CO2-neutraler Energiespeicher für die Energiewende die Lösung für alles sein kann. Bühler sagt: „Insgesamt ist es schwierig, unendlich hohe Mengen an Wasserstoff zu produzieren. Beim Heizen gibt es auch schon andere etablierte Lösungen wie Wärmepumpen oder grünen Strom vom Hausdach.“ Wasserstoff sei ein Puzzlestein im Mosaik der Energiewende. „Es wird auch darum gehen müssen, dass jeder seinen Konsum und Energieverbrauch reduziert“, fügt Bühler hinzu.

Fotos: André Künzelmann / UFZ

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