Durchbruchbrennstoffzellen mit Wasserstoff aus Abwasser

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abwasser.jpgForscher der Oregon State University haben einen effizienten Weg gefunden, um Wasserstoff aus Bioabfällen wie kommunalem Abwasser zu erzeugen. Das innovative Verfahren verbraucht 75% weniger Energie als das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und kann zu wesentlich geringeren Kosten durchgeführt werden.

Der neue Ansatz könnte verschiedene Arten von Bioabfällen verwenden, einschließlich Gülle, Holzabfällen oder Abwasser, um Wasserstoff zu viel geringeren Kosten als bei der herkömmlichen 'Elektrolyse' zu erzeugen. Technologie, die es für den Einsatz in Wasserstoff-Brennstoffzellen attraktiv macht, die die umweltfreundlichen Automobile der Zukunft antreiben könnten.


'Im Labor sind wir dem Ziel der Wasserstoffkosten des Energieministeriums von 2 bis 3 US-Dollar pro Gallone Benzinäquivalent bereits ziemlich nahe', sagte Hong Liu, ein Assistenzprofessor der OSU für biologische und ökologische Technik. 'Und mit einigen zusätzlichen Untersuchungen sollte es möglich sein, diese Systeme auf das für die kommerzielle Nutzung erforderliche Maß zu skalieren.'

Aber das sind nicht einmal die besten Nachrichten.

Dieses System produziert zwar erhebliche Mengen Wasserstoff aus dem Abwasser, reinigt aber auch das Wasser. Konzeptionell könnten Kläranlagen entwickelt werden, die an einem Ende Abwasser aufnehmen und am anderen sauberes Wasser und Wasserstoff ablassen. Ihr Produktionspotential ist möglicherweise nur durch die Menge der verfügbaren Rohabfälle begrenzt - und Abwasser ist in Zukunft möglicherweise kein Abfallproblem mehr, sondern ein geschätztes Gut, ein weiterer wichtiger Bestandteil der nationalen Gleichung für nachhaltige Energie.

Laut Wissenschaftlern könnten auch andere Formen von Bioabfällen verwendet werden. Die Verwendung von Holzbiomasse ist möglich. Die großen Mengen an Abfällen aus Lebensmittelverarbeitungsbetrieben wären ein guter Kandidat, ebenso wie landwirtschaftliche Abfälle wie die großen Mengen an Gülle, die bei Rindern, Schweinen und anderen Viehbetrieben erzeugt werden. In diesem Zusammenhang ist es durchaus möglich, aus dem Rücken einer Sau eine Seidenhandtasche zu machen.


All dies wurde durch Grundlagenforschung zu „mikrobiellen Elektrolysezellen“ (MECs) erreicht, die einen neuen „membranfreien“ Ansatz verwenden, der weniger kostet und wesentlich effizienter ist als bestehende Ansätze.

Die Ergebnisse wurden gerade in Water Research, einer Fachzeitschrift, von Forschern des College of Engineering der Oregon State University veröffentlicht.


'Das Entfernen der Membran kann nicht nur den Aufbau, den Betrieb und die Wartung von MECs vereinfachen, sondern auch den Innenwiderstand verringern und somit die Wasserstoffproduktionsrate erhöhen', sagten die Forscher in ihrem Bericht.

In diesen Systemen lagern sich natürlich vorkommende Mikroorganismen aus dem Abwasser an der Oberfläche einer Anode an und bauen den Abfall im Abwasser in einem Gerät ab, das so etwas wie eine Batterie ist. Der Abfall zersetzt sich und hinterlässt schließlich Protonen, die zur Kathode wandern, sich mit Elektronen verbinden und Wasserstoff erzeugen.

honda-recharging-station.jpgDiese Systeme können zur direkten Stromerzeugung oder zur Erzeugung von Wasserstoff angepasst werden, der wiederum zur Erzeugung von Strom aus Wasserstoffbrennstoffzellen verwendet werden kann - eine vorhandene und weithin bewährte Technologie.

'Wasserstoff wurde oft als der ideale Kraftstoff für den Betrieb von Autos mit Brennstoffzellenantrieb angesehen', sagte Liu. „Wasserstoff-Brennstoffzellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 60 Prozent und sind damit etwa doppelt so hoch wie ein Benzin-Verbrennungsmotor. Und es gibt keine Luftverschmutzung; Das einzige Nebenprodukt beim Betrieb der Brennstoffzelle ist Wasser. “


Einer der größten Schritte, die noch erforderlich sind, um diese Art von Brennstoffzellenfahrzeug Wirklichkeit werden zu lassen, ist die Lösung von Problemen bei der Wasserstoffproduktion - und die neue Technologie, die in Lius Labor entwickelt wurde, könnte Wasserstoff zu Kosten produzieren, die nahe am DOE-Ziel liegen. In diesen Kostenangaben sind die potenziellen Einsparungen von Milliarden US-Dollar für die Abwasserbehandlung des Landes nicht enthalten, die die Wirtschaftlichkeit der Technologie weiter erhöhen.

'Eine weitere interessante Anwendung dieses Ansatzes könnte in Entwicklungsländern oder abgelegenen Gebieten sein', sagte Liu. „Oft gibt es an diesen Orten nur wenige oder gar keine Abfallbehandlungsanlagen und an einem abgelegenen Ort keine praktische Möglichkeit, Strom zu produzieren. Dort verwendete kleine Systeme könnten beide Probleme lösen.

'Es besteht kein Zweifel, dass dies zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen könnte', sagte Liu. „Wir könnten gleichzeitig unser Abwasser reinigen und Kraftstoff produzieren. Das ist sehr vielversprechend. '