Wasser --> Stoff

Grau, grün, weiß, pink… die bunte Welt des Wasserstoffs (H₂)

Wasserstoff kommt in vielen bunten Farben daher, dabei ist das Molekül selber eigentlich farblos. Der Farbkasten des Wasserstoffs bezieht sich auf die Art der Herstellung und in der TPB entwickeln wir Konzepte, um weißen Wasserstoff zu produzieren. Was ist ‚weißer Wasserstoff‘? So nennen wir Wasserstoff, der von bakteriellen Zellfabriken produziert wird. Die Zellen betreiben Photosynthese wie die grünen Pflanzen und beziehen alles was sie für die Herstellung von Wasserstoff brauchen aus Licht und Wasser. Um ein kontinuierliches Prozesskonzept zu realisieren, nutzt die Professur für Technologie produktiver Biofilme  dabei die natürliche Eigenschaft von vielen Bakterien, sich an Phasengrenzflächen festzuheften. Sie bilden dort sogenannte Biofilme aus, das sind bakterielle dreidimensionale Gemeinschaften, welche aus einer oder mehreren unterschiedlichen Spezies zusammengesetzt sind. Innerhalb dieser Gemeinschaften können sich äußerst stabile Netzwerke ausbilden, die eng miteinander verwoben sind und sich durch hervorragende Robustheit auszeichnen.

Durch die Mitarbeit unserer Studierenden an diesen Themen, erlangen sie detaillierte Einblicke in eine der größten Herausforderungen unserer Zeit und das nötige Know-how, um die Transformation unserer Energielandschaft aktiv mitzugestalten. Sie lernen, das Potenzial biologischer Katalysatoren zu bewerten und mittels modernster Technologien nutzbar zu machen.

Schwebende Wasserstoffblasen

Herstellung und Nutzung von grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen ist von zentraler Bedeutung für unser Energiesystem. Wasserstoff ermöglicht die Lücke zwischen der fluktuierenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und der meistens zeitversetzen Nachfrage zu überbrücken. Nur mittels Wasserstoff, z.B. als Reduktionsmittel bei der Stahlerzeugung, wird es gelingen, den CO2-Fussabdruck industrieller Prozesse deutlich zu reduzieren. Die dafür erforderlichen großen Produktionskapazitäten für grünen Wasserstoff existieren jedoch derzeit nicht. Das Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik (TPG und EVT) arbeitet im Leitprojekt H2Giga gemeinsam mit der Industrie an der Weiterentwicklung großer Elektrolyseure, damit grüner Wasserstoff kostengünstiger in großem Umfang erzeugt werden kann. Während hier der Fokus unserer Arbeiten auf der raschen Abtrennung des produzierten Gases aus dem Elektrolyten liegt, interessiert uns in anderen Wasserstoffprojekten, welche Kräfte denn eigentlich auf Wasserstoffblasen wirken? Die dominante Kraft ist natürlich der Auftrieb. Da die Wasserstoffblase leichter ist als der umgebende Elektrolyt, steigt sie auf. Das hat schon Archimedes vor 2000 Jahren herausgefunden.

Was passiert jedoch mit den Blasen an der Elektrode, wenn der Auftrieb „ausgeschaltet“ wird? Genau das ist möglich bei den Parabelflug-Experimenten im Zero-g-Airbus (a). In der Freifall-Phase des Flugzeugs (mittlerer Teil in b) verschwindet die Schwerebeschleunigung nahezu. Nicht nur die Experimentatoren schweben dann im Airbus, sondern auch die Wasserstoffblasen (d). Das zeitweilige Abschalten der Schwerkraft ermöglicht einen klareren Blick auf das Wirken der verbleibenden Kräfte, die u.a. von der Ladung der Blasenoberfläche und ihrer Oberflächenspannung abhängen. Während des Studiums besteht für Studierende immer die Möglichkeit, bei unseren „terrestrischen“ Wasserstoffexperimenten mit zu forschen bzw. ab und an bei Aufbau (c) und Durchführung von Parabelflugexperimenten  mitzuwirken.