Schlagwort: CO2

Das farb-, geschmack- und geruchlose Gas Wasserstoff ist der Hauptbestandteil von Wasser und aller in der Natur vorkommenden Materialien. Das bedeutet, dass wir auf das Gas fast unbegrenzten Zugriff haben. Von allen bekannten Materialien kann Wasserstoff außerdem am besten brennen. Aber wenn sich Wasserstoff so gut als Energieträger eignet, wieso greifen wir dann auf nicht nachwachsende Rohstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl zurück?

Im Jahr 1882 ging in London das erste Kohlekraftwerk der Welt in Betrieb, das elektrischen Strom für die öffentliche Nutzung erzeugte. Damals war das eine Neuheit. Heute ist der fossile Brennstoff Kohle der wichtigste Energieträger in Deutschland. Insgesamt machen fossile Brennstoffe über 50 % unseres gesamten Strombedarfs aus. Da fossile Rohstoffe aber bald aufgebraucht sein werden, werden erneuerbare Energien immer wichtiger!

Warum ist Wasserstoff so wichtig für die Zukunft?

1882 war an erneuerbare Energiequellen aus Wind, Wasser oder Sonne noch nicht zu denken. Nur einer wusste wohl schon damals, dass eine Zukunft ohne Kohle, Erdöl und Co. stattfinden kann: Jules Verne. Der französische Schriftsteller sprach Jahre vor der Eröffnung des ersten Kohlekraftwerks davon, dass „Wasser die Kohle der Zukunft“ sei. Für ihn war klar, dass Wasserstoff zukünftig die Energieversorgung der Erde sichern wird. Denn Wasserstoff ist flexibel einsetzbar und leicht zu transportieren. Zudem kann das Gas aus erneuerbaren Energien hergestellt werden, was gut für die Umwelt und unser Klima ist. Mehr Informationen zu alternativen Antrieben ohne schädliche CO₂-Emissionen findest du hier.

Das chemische Element Wasserstoff wird mit dem Formelzeichen H₂ abgekürzt. Foto: Adobe Stock / / Shawn Hempel

Wasserstoff kommt bisher vor allem beim Antrieb von Elektromotoren in Autos zum Einsatz. Das Allround-Talent kann aber noch in ganz anderen Bereichen verwendet werden und fossile Rohstoffe wie Kohle oder Erdgas ersetzen. So kann Wasserstoff zum Beheizen von Häusern und Unternehmen genutzt werden. Auch für die Chemie- und Stahlindustrie ist das Gas als Energieträger interessant. All das trägt dazu bei, dass Deutschlands Industrie klimaschonender produzieren könnte. Das hört sich toll an, aber ganz so leicht ist es nicht…

Grün, blau, grau, türkis – Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff

Wasserstoff kommt in der Natur zwar ganz oft vor, aber niemals alleine, sondern immer in Verbindung mit anderen organischen Stoffen: er ist beispielsweise in Wasser, Kohle, Erdöl oder Erdgas zu finden. Aus diesen Materialien muss das Gas herausgelöst werden. Die Methoden, mit denen das Gas gewonnen werden kann, sind unterschiedlich gut oder schlecht für die Umwelt. Denn manche davon treiben die Erderwärmung weiter voran. Warum das schlecht ist und was auch du tun kannst, erfährst du im Artikel zum ökologischen Fußabdruck. Daher unterscheidet die Wissenschaft Wasserstoff je nach Herstellungsart und dem Material, aus dem er herausgelöst wird durch die Farben grau, blau, pink, türkis und grün:

  • Grauer & blauer Wasserstoff: Wenn Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, spricht man von grauem oder blauem Wasserstoff. Dabei entsteht das Gas CO₂. Bei grauem Wasserstoff wird es in die Atmosphäre abgegeben, was schlecht für die Umwelt ist. Um blauen Wasserstoff handelt es sich, wenn das entstandene CO₂ im Erdboden gespeichert wird. Dieses Verfahren ist klimafreundlicher, aber sehr aufwendig.
  • Türkiser Wasserstoff: Für die Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Methan gespalten und das Gas freigesetzt. Dabei entsteht fester Kohlenstoff. Da aus Kohlenstoff kein CO₂ entweichen kann, ist dieser feste Stoff klimaverträglich. Türkiser Wasserstoff befindet sich noch in der Entwicklung.
  • Pinker Wasserstoff: Mit Hilfe der Elektrolyse (mehr dazu hier) kann Wasserstoff aus Wasser gelöst werden. Für diesen Vorgang wird Strom benötigt. Bei pinkem Wasserstoff stammt der Strom allerdings aus Kernenergie. Dabei entsteht radioaktiver Abfall, der nicht natürlich abgebaut werden kann und unsere Erde belastet.
  • Grüner Wasserstoff: Genauso wie pinker wird grüner Wasserstoff aus Wasser gewonnen. Hierbei kommt der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen. Damit ist diese Art von Wasserstoff besonders umweltfreundlich. 
Grüner Wasserstoff kann mit Hilfe erneuerbarer Energien aus Wasser gelöst und zum Antrieb von Motoren oder zum Heizen genutzt werden. Foto: Adobe Stock / / Bogdana

Ist grüner Wasserstoff wirklich grün?

Für die Wissenschaft ist klar: Grüner Wasserstoff ist die einzige wirklich umweltfreundliche Möglichkeit und legt daher ihren Fokus in der Forschung darauf. Klingt soweit alles gut! Nur gibt es da ein Problem: Für die Herstellung von grünem Wasserstoff braucht es sehr viel Energie, also elektrischen Strom. Dieser Strom wird bisher zu Großteilen aus klimaschädlichen Brennstoffen wie Kohle gewonnen, die beim Verbrennen CO₂ ausstoßen. Will grüner Wasserstoff wirklich grün sein, muss das in jedem Prozess seiner Herstellung der Fall sein. Die benötigte Menge an Strom ist bisher noch so groß, dass sie noch nicht aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann. Jetzt wird fleißig weiter daran geforscht, dass grüner Wasserstoff zukünftig wirklich komplett grün sein kann.

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Mediaparts

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juli 2022

divider

In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Erneuerbare & zukünftige Energien”: 

Stell dir vor, mit der Luft, die du ausatmest, können Autos gebaut werden. Das glaubst du nicht? Das geht aber! Einem Unternehmen aus Nordamerika ist es gelungen, ein Fahrzeugteil aus Bestandteilen der Luft herzustellen. Natürlich ist das nicht ganz so einfach. Zuerst muss der Stoff, den du ausatmest, noch umgewandelt werden. Dieser Stoff heißt CO₂. Aber was ist das genau?

Kohlenstoffdioxid – mehr als nur ein Gas

CO₂ oder auch Kohlenstoffdioxid genannt, ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Dieser Stoff entsteht, wenn Menschen und Tiere ausatmen oder wenn fossile Brennstoffe wie Kohle verbrannt werden. CO₂, das von Lebewesen beim Atmen produziert wird, gehört übrigens zum natürlichen Kohlenstoffkreislauf.

Der natürliche Kohlenstoffkreislauf. Foto: SkepticalScience

Kohlenstoffdioxid kannst du dir als farbloses Gas vorstellen, das man nicht anzünden kann. CO₂ wird schon lange in der Industrie eingesetzt, zum Beispiel für die Herstellung des Arzneimittels Aspirin oder um Energie zu erzeugen. Durch neue Entwicklungen ist es jetzt sogar möglich, aus Kohlenstoffdioxid Kunststoff herzustellen. Und dieser Kunststoff kann dann für Bauteile verwendet werden. Verrückt, oder? 

Kunststoff aus CO₂ gewinnen – und gleichzeitig das Klima schützen

Für die Herstellung von Kunststoff wird meistens Erdöl verwendet. Denn Erdöl enthält Kohlenstoff und dieser ist notwendig, um Kunststoff zu produzieren. Erdöl wird allerdings irgendwann nicht mehr verfügbar sein. Das ist ein Problem, denn die Erde wird durch eine übermäßige Verwendung von solchen Ressourcen stark belastet. Deshalb suchen Forscherinnen und Forscher nach anderen Möglichkeiten, Kunststoff herzustellen. Eine davon ist CO₂. Wenn Kunststoff nur noch aus CO₂ statt aus fossilen Energien gewonnen wird, wäre übrigens ein weiteres Umweltproblem behoben. Durch die Industrialisierung und die Digitalisierung wird viel mehr CO₂ in die Atmosphäre geblasen als sie benötigt. Dadurch steigt die Temperatur auf der Erde immer weiter an. Das ist ein Problem, denn so gibt es immer größere Temperaturschwankungen und Umweltkatastrophen wie Hochwasser oder Dürre. Wenn nun das CO₂ verwendet wird, um Kunststoff herzustellen, wird es nicht in die Atmosphäre abgegeben und die Erde erwärmt sich nicht mehr so schnell .

Durch Treibhausgase wie CO₂ wird die Erderwärmung vorangetrieben. Foto: Adobe Stock / / VectorMine

Jetzt fragst du dich sicher, wie genau das klappen soll? Wie wir schon gelernt haben, ist Kohlenstoff ein wichtiger Bestandteil vieler Kunststoffe. Das Elementsymbol von Kohlenstoff ist C. Um den Kohlenstoff aus Kohlenstoffdioxid, also das C aus CO₂, zu lösen, wird ein sogenannter Electrolyzer – eine Art Katalysator – eingesetzt. Dieser kann chemische Stoffe umwandeln. Dieser Prozess heißt Elektrolyse.

Bisher war es nur möglich, aus CO₂ grünen Wasserstoff zu gewinnen und dadurch Strom zu erzeugen (linkes Bild). Kendra Kuhl, Nicholas Flanders und Etosha Cave des Startups Twelve haben jetzt ein Verfahren entwickelt, das aus CO₂ Kunststoff herstellt (rechtes Bild). Fotos: EnBW AG; Mercedes-Benz Group AG

Das erste Fahrzeugteil aus CO₂

Dem amerikanischen StartUp Twelve ist es nicht nur gelungen, aus CO₂ Kohlenstoff und damit Kunststoff herzustellen. Mit ihrer Erfindung – dem Electrolyzer – konnten sie zudem das weltweit erste Fahrzeugteil aus CO₂ entwickeln. Zusammen mit Mercedes-Benz produzierte Twelve die sogenannte C-Säulenverkleidung der B-Klasse des Automobilkonzerns. Was genau die C-Säule ist, kannst du in unserem Artikel “Lustige Wörter aus der Autowelt: Was machen Säulen in unseren Autos?” nachlesen.

 

 

Die C-Säulenverkleidung der B-Klasse von Mercedes-Benz ist das weltweit erste Fahrzeugteil aus Kohlenstoffdioxid.
Foto: Mercedes-Benz Group AG

Das Unternehmen aus Kalifornien will es nicht bei der C-Säule belassen. Bis zum Jahr 2030 will Twelve Millionen Autoteile aus CO₂ herstellen. Aber nicht nur das: Sie wollen mit ihrer Erfindung allgemein fossile Brennstoffe in Produkten reduzieren und aus Kohlenstoffdioxid Autoarmaturen, Laufschuhe oder Kerosin entwickeln. Der Plan ist, dadurch langfristig fast zehn Prozent des weltweiten CO₂-Ausstoßes zu verringern. Ein Auto ganz aus Luft zu bauen, ist also gar nicht so unrealistisch, wie es zunächst erscheint!

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / LoopAll

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juni 2022

divider

In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Werkstoffe und Nachhaltigkeit”:

biogasantrieb 2
Erdbeeren sind im Frühsommer das beliebteste Obst – was davon übrig bleibt, kann man als Biomüll eigentlich noch gut nutzen. (Bild: Photocase)

Futter für den Tank

Obst und Gemüse sind voller Energie – und die sind nicht nur für deinen Körper geeignet, sondern auch für Autos. Natürlich nicht, wenn die Bananen, Äpfel oder Melonen noch frisch sind. Das wäre ja Verschwendung. Denn schließlich gibt es auch so leider schon genügend Lebensmittel, die in den Müll oder in Kompostierungsanlagen wandern. Und dabei geht die darin enthaltene Energie meist ungenutzt verloren. Denn wenn zum Beispiel Obst älter ist und vergärt, kann man daraus Biogas gewinnen. Das ist ein Gemisch, das hauptsächlich aus Methan und Kohlenstoffdioxid besteht. Gewonnen wird Biogas zum Beispiel in einer speziellen Anlage, die in Stuttgart steht. Sie ist Teil eines ganz besonderen Projekts, an dem sich neben Energieunternehmen und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Forschungseinrichtungen auch Mercedes-Benz mit seinen Expertinnen und Experten und Autos beteiligt.

biogasantrieb 3
Viel Technik ist nötig, damit die Spezialanlage Biogas produzieren kann. (Bild: Fraunhofer IGB)

Etamax – das maximale aus Bioabfällen herausholen

Ende 2012 wurde die spezielle Anlage des Projektes EtaMax eingeweiht. Seitdem wird dort fleißig Biogas produziert – allerdings sind Motoren ziemlich sensibel und sie können nicht einfach so damit betankt werden. Denn das Biogas muss eine bestimmte Qualität haben, und entsprechend gereinigt worden sein und der Methananteil erhöht. Das ist nicht ganz leicht zu erreichen, und man muss viel tüfteln, um die richtigen Verfahren und Abläufe zu finden.

biogasantrieb 4
Kaum eine Frucht- oder Gemüsesorte ist das ganze Jahr über in gleicher Menge im Bioabfall zu finden – eine Herausforderung für die Forscherinnen und Forscher. (Bild: Photocase)

Gurken, Salat oder Orangen machen den Unterschied

Besonders gut geeignet, das wissen die Forscherinnen und Forscher schon, sind wässrige Bioabfälle mit wenig verholzten Pflanzenteilen. Doch das, was vom Großmarkt zu der Spezialanlage geliefert wird, setzt sich täglich anders zusammen. Mehr Zitrusfrüchte etwa sorgen für einen höheren Säureanteil – dabei brauchen die Mikroorganismen, die die Bioabfälle zu Biogas umsetzen, konstante Umgebungsbedingungen. Um das zu erreichen, haben die Forscherinnen und Forscher schon eine Lösung entwickelt, die den Biomüll aus einzelnen Behältern perfekt gemischt zu diesen Mikroorganismen gibt. Doch es gibt noch mehr zu tun. Dazu testen die Forscherinnen und Forscher in den fünf Jahren Laufzeit des Projekts, welche Begleitstoffe im Biogas stecken und wie ein Motor optimal konstruiert und eingestellt werden muss, damit er problemlos läuft. Sie bekommen damit viele Erkenntnisse über Kraftstoffe aus solchen sogenannten erneuerbaren Energien. Und erfahren viel, was für die Entwicklung neuer, gasgetriebener Fahrzeuge hilft. Denn das Ziel ist klar.

biogasantrieb 5
Autos können schon heute mit Gasantrieb fahren – ihr Inneres sieht ein wenig anders aus als das von „klassischen“ Fahrzeugen.

Mehr Bio, weniger Verbrauch

Noch ist der Gasantrieb in Deutschland nicht weit verbreitet. Dabei zeigen die Zahlen, dass sich die Autos für die Umwelt (und im alltäglichen Gebrauch auch für die Fahrerin und den Fahrer) rechnen. Ein Mercedes-Benz B 200 Natural Gas Drive etwa, der mit Erdgas betankt wird, verbraucht 4,2 Kilogramm Kohlendioxid (CO2) pro gefahrenen 100 Kilometern. Zum Vergleich: das ist ein Sechstel weniger als bei einem leistungsgleichen Fahrzeug mit Benzinantrieb. Und noch deutlicher wird es, wenn es mit dem noch umweltfreundlicheren Biogas aus der Spezialanlage gefahren wird. Denn dann kann der Ausstoß von CO2 – das in zu großen Mengen schädlich ist für die Umwelt – weiter gesenkt werden, nämlich um satte vier Fünftel. Nahezu CO2-neutral können auch unsere Dauerlauffahrzeuge betrieben werden.

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juli 2014

Kennst du eigentlich den Unterschied zwischen Wetter und Klima? Eigentlich ganz einfach: Mit Wetter ist ein bestimmter Zustand der Atmosphäre gemeint, der sich innerhalb kurzer Zeit ändern kann, z. B. Regen oder Sonnenschein. Vom Klima spricht man, wenn ein längerer Zeitraum unter die Lupe genommen wird, beispielsweise 50 Jahre. Man untersucht dann etwa den Durchschnitt von Sonnenstunden oder Niederschlag während dieser Zeit. So kann man z. B. sagen, dass in einer Wüste ein trockenes Klima herrscht, selbst wenn es dort manchmal heftig regnet.

Klimawandel gab’s schon immer

Sicher hast du schon vom globalen Klimawandel gehört und kannst dir vielleicht schon vorstellen, was damit gemeint ist: Von Klimawandel ist nicht die Rede, wenn z. B. ein Ausflug an einem sonnigen Sommernachmittag wegen eines Gewitters ins Wasser fällt! Vielmehr meint Klimawandel die Veränderung durchschnittlicher Wettergrößen, wie Temperatur oder Niederschlagsmengen, über viele Jahre. In der Geschichte der Erde hat es immer wieder Klimaschwankungen gegeben: So gab es z. B. Eiszeiten, in denen es in den meisten Regionen der Erde bitterkalt war. Doch frühere Veränderungen des Klimas gingen meist langsam vonstatten und das Leben konnte sich an die neuen Bedingungen anpassen. Seit einiger Zeit erwärmt sich die Erde jedoch sehr schnell: So stieg die durchschnittliche Temperatur in den letzten 100 Jahren um ca. 0,7 °C und könnte bis 2100 noch einmal um bis zu 6,4 °C steigen, wie Expert/innen errechnet haben.

Der Treibhauseffekt wird zum Problem

Schuld am Temperaturanstieg ist der so genannte Treibhauseffekt: Verschiedene Gase tragen dazu bei, dass Sonnenwärme nicht einfach von der Erde wieder in den Weltraum abgestrahlt wird, sondern in der Atmosphäre bleibt. In Gewächshäusern aus Glas, auch Treibhäuser genannt, wird der gleiche Effekt genutzt, um Nutzpflanzen auch bei niedrigen Temperaturen anzubauen – daher die Bezeichnung Treibhauseffekt. Eigentlich ist der Effekt sehr nützlich. Ohne ihn wäre es auf der Erde sehr kalt und es hätte sich wahrscheinlich nie intelligentes Leben entwickelt.

Doch die Erde ist ein empfindliches System: Durch die schnell steigenden Temperaturen schmelzen Gletscher und Polareis, wodurch der Meeresspiegel steigt. Die wärmere Luft führt auch zu einer Zunahme von Wetterextremen: Stürme, Überflutungen und Dürren machen den Menschen schon heute vielerorts zu schaffen. Ökosysteme im Meer und an Land drohen ebenfalls aus dem Gleichgewicht zu geraten. Steigt die Temperatur so stark wie befürchtet, könnte es für den Menschen auf der Erde in Zukunft recht ungemütlich werden. Doch warum steigen die Temperaturen plötzlich so schnell?

F_Cell
F_Cell
F_Cell_1
F_Cell_1
F_Cell_2
F_Cell_2
F_Cell_3
F_Cell_3
F_Cell_4
F_Cell_4
F_Cell_5
F_Cell_5

Gemeinsam den Klimawandel aufhalten

Heute ist sich die Wissenschaft einig, dass der rasante Temperaturanstieg und der damit einher gehende Klimawandel sehr wahrscheinlich durch die moderne Lebensweise in den Industrienationen mit verursacht wird: Schuld ist hauptsächlich das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂). CO₂ ist farb- und geruchlos und nicht giftig. Es wird von Menschen und Tieren in großen Mengen ausgeatmet. Es entsteht jedoch vor allem durch das Verbrennen von Kohle, Öl oder Gas – etwa zur Stromerzeugung oder zum Heizen. Und auch im Straßenverkehr entsteht CO₂ durch das Verbrennen von Benzin oder Diesel im Motor.

Natürlich möchte man den Klimawandel und seine gefährlichen Folgen aufhalten. Das kann gelingen, wenn alle mit anpacken und ihren Teil dazu beitragen, dass weniger CO₂ ausgestoßen wird. So kann jeder einzelne einen Beitrag leisten: Du kannst z. B. Strom sparen, indem du elektrische Geräte nicht nur auf Standby, sondern wirklich komplett ausstellst oder indem du einfach mehr drauf achtest, nirgendwo nutzlos Licht brennen zu lassen.

Auch bei Mercedes-Benz bemüht man sich intensiv, den CO₂-Ausstoß von Fahrzeugen zu verringern. Das große Ziel der Bemühungen ist letztlich das emissionsfreie Fahren, also Mobilität mit Fahrzeugen, aus dessen Auspuff keinerlei CO₂ oder andere problematische Gase austreten – oder die gar keinen Auspuff mehr haben!

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juli 2010