Einblicke in Materialien zur Energieumwandlung – Wissen über Energie und Energieumwandlung – Teil 9

Am Energieaustausch sind verschiedene Elemente und Verbindungen beteiligt. Was hängt mit Wasserstoff und Ammoniak zusammen?

Säen

Wasserstoff (H) ist das einfachste und leichteste Element im Universum (etwa 75 % der gesamten sichtbaren Materie). Zwei Wasserstoffatome bilden ein Molekül (Molekül) und somit kommt der Stoff in der Natur der Erde in gasförmiger Form (als Gas) vor. Wasserstoff liegt auch in vielen Molekülen mit anderen Elementen vor, beispielsweise in Wasser mit Sauerstoff (O) oder mit Kohlenstoff (C) als Methan und als komplexes Molekülgemisch mit Kohlenstoff und Wasserstoff als unraffiniertes Erdöl. Wasserstoff kann beispielsweise aus Erdgas oder Wasser hergestellt werden. Dabei wird Wasser mittels Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten (Elektrolyse genannt) und der Wasserstoff in einem Tank gesammelt. Aus Umweltschutzgründen ist es wichtig, dass der Strom auf ökologische Weise produziert wird. Wasserstoff ist farb- und geruchlos, leicht entzündlich und gefährlich für Lebewesen.

Ammoniak

Ammoniak ist ein bernsteinfarbenes und bitter saures Gas. Es ist eine Verbindung aus Wasserstoff (H) und Stickstoff (N). Das Gas ist erstickend und giftig. Ammoniak wurde unter anderem für die Düngemittelproduktion produziert. Anschließend wird der Atmosphäre Stickstoff entzogen und an Wasserstoff gebunden, der beispielsweise durch Elektrolyse von Wasser hergestellt wird, wie es in der Düngemittelfabrik durchgeführt wurde.

Andernorts entsteht jedoch Ammoniak durch die Verbrennung von Methan, wodurch Wasserstoff (gleichzeitig Kohlendioxid – Kohlendioxid) entsteht, der sich mit Stickstoff verbinden kann. Ammoniak ist ein verwendbarer Wasserstoffträger für Wasserstoffmotoren, da es möglich ist, das Material in Wasserstoff zur Verwendung im Motor und Stickstoff aufzuspalten, der in die Luft zurückgeführt wird, wo er extrahiert wurde.

Alkohol

Alkohole sind eine chemische Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. Die bekanntesten sind Methanol (Holzsprossen) und Ethanol (Welken). Beide Typen sind flüchtig, brennbar und giftig, aber das Methanol zeigte schlechtere Ergebnisse (auch gemischt). Ethanol (zusammen mit Wasser) ist das Rauschmittel alkoholischer Getränke, am häufigsten zwischen 4 und 60 Vol.-%. Um die Umweltbelastung durch Emissionen zu verringern, wird Alkohol mit fossilen Brennstoffen vermischt (3 bis 5 %, mancherorts auch mehr). Maschinen können mit allen Arten von Mischungen aus Alkohol und anderen Substanzen sowie mit reinem Alkohol betrieben werden.

Methanol wird beispielsweise aus Methan in Erdgas oder aus Kohlendioxid hergestellt, das bei der Verarbeitung in Hochtemperaturgebieten als Nebenprodukt anfällt (vgl. Produktion von Carbon Recycling in Svartsengi). Ethanol wird beispielsweise aus fermentierten Zuckern hergestellt, es können aber auch thermophile Mikroben und pflanzliche Biomasse genutzt werden (vgl. ein Projekt an der Universität Akureyri).

Biotreibstoff

Rapsöl und Sojaöl sind typische Biokraftstoffe, erstere Art wird in kleinem Maßstab in Island hergestellt (Rapssamen gepresst und das Öl gereinigt). Fett aus Pflanzen oder Tieren ist die Grundlage für Bioheizöl (vgl. Kraftstoff aus tierischem Fett oder Fischöl), für die Herstellung einiger seiner Arten werden jedoch Alkohol oder verwandte Stoffe benötigt.

Biodiesel wird oft mit Dieselöl vermischt, er wird aber auch pur verwendet und sein Energiegehalt ist etwas geringer als der von Dieselöl.

Methan

Methan bzw. Haufengas (Verbindung aus Wasserstoff und Kohlenstoff) entsteht unter anderem durch den Zerfall organischer Reststoffe. Komprimiertes und gereinigtes Methan aus Müllhalden (Deponien) wird in vielen Ländern als Motorkraftstoff verwendet. Methan wird zu diesem Zweck aus Erdgas hergestellt, aber auch aus Kohlendioxid (Kohlendioxid), das bei der Metallproduktion (z. B. Aluminium) freigesetzt wird oder in vulkanischem Gas in den Abgasen von Hochtemperaturkraftwerken vorkommt. In arktischen Regionen und Hochgebirgen ist viel Methan im Permafrost eingeschlossen. Methan ist ein sehr aktives Treibhausgas.