Wasserstoffgewinnung aus Bananenschalen
Mit dem steigenden Energiebedarf der Welt wächst auch unser Verbrauch an fossilen Brennstoffen. Die Folge ist ein massiver Anstieg der Treibhausgasemissionen mit schwerwiegenden nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt. Um dem entgegenzuwirken, suchen Wissenschaftlerinnen nach alternativen, erneuerbaren Energiequellen.
Ein Hauptkandidat ist Wasserstoff, der aus organischen Abfällen, der so genannten Biomasse, von Pflanzen und Tieren gewonnen wird. Biomasse absorbiert, entfernt und speichert auch CO2 aus der Atmosphäre, während die Zersetzung von Biomasse uns auch Wege zu negativen Emissionen oder zur Beseitigung von Treibhausgasen eröffnen kann. Doch auch wenn die Biomasse einen Weg in die Zukunft weist, stellt sich die Frage, wie sich ihre Umwandlung in Energie am besten optimieren lässt.
Vergasung von Biomasse
Derzeit gibt es zwei Hauptverfahren zur Umwandlung von Biomasse in Energie: Vergasung und Pyrolyse. Bei der Vergasung wird feste oder flüssige Biomasse bei Temperaturen um 1000 °C in gasförmige und feste Bestandteile umgewandelt; das Gas wird als «Syngas» bezeichnet, während die festen Bestandteile «Biokohle» sind.
Synthesegas ist eine Mischung aus Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und anderen Kohlenwasserstoffen, die als «Biokraftstoff» zur Stromerzeugung verwendet werden. Biokohle hingegen wird oft als fester Kohlenstoffabfall betrachtet, obwohl sie in der Landwirtschaft verwendet werden kann.
Pyrolyse von Biomasse
Die andere Methode, die Biomassepyrolyse, ähnelt der Vergasung, mit dem Unterschied, dass die Biomasse bei niedrigeren Temperaturen, zwischen 400 und 800 °C, und bei einem Druck von bis zu 5 bar in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird. Es gibt drei Arten der Pyrolyse: die konventionelle, die Schnell- und die Flash-Pyrolyse. Die ersten beiden benötigen die längste Zeit und erzeugen die meiste Kohle.
Die Flash-Pyrolyse findet bei 600 °C statt, erzeugt das meiste Synthesegas und hat die geringste Verweilzeit. Leider werden dafür auch spezielle Reaktoren benötigt, die hohe Temperaturen und Drücke aushalten können.
«Bananasplit» für die Wasserstoffproduktion
Nun haben Forschende um Professor Hubert Girault von der EPFL-Fakultät für Grundlagenwissenschaften eine neue Methode für die Photopyrolyse von Biomasse entwickelt, die nicht nur wertvolles Synthesegas erzeugt, sondern auch Biokohle aus festem Kohlenstoff, die in anderen Anwendungen wiederverwendet werden kann. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Chemical Science veröffentlicht.
Bei der Methode wird eine Blitzlichtpyrolyse mit einer Xenon-Lampe durchgeführt, die üblicherweise zum Aushärten von Metalltinten für gedruckte Elektronik verwendet wird. Die Gruppe von Girault hat das System in den letzten Jahren auch für andere Zwecke wie die Synthese von Nanopartikeln eingesetzt.
Das weisse Blitzlicht der Lampe liefert eine leistungsstarke Energiequelle sowie kurze Pulse, die photothermische chemische Reaktionen fördern. Die Idee besteht darin, einen starken Blitzlichtstrahl zu erzeugen, der von der Biomasse absorbiert wird und sofort eine photothermische Umwandlung der Biomasse in Synthesegas und Biokohle auslöst.
Diese Blitzlichttechnik wurde bei verschiedenen Biomassequellen angewandt: Bananenschalen, Maiskolben, Orangenschalen, Kaffeebohnen und Kokosnussschalen, die alle zunächst 24 Stunden lang bei 105 °C getrocknet und dann gemahlen und zu einem dünnen Pulver gesiebt wurden. Das Pulver wurde dann bei Umgebungsdruck und unter inerter Atmosphäre in einen Reaktor aus rostfreiem Stahl mit einem Standardglasfenster gegeben. Die Xenon-Lampe blitzt, und der gesamte Umwandlungsprozess ist in wenigen Millisekunden abgeschlossen.
