Industrielle Nutzung von Wasserstoff
Wasserstoff findet neben der Nutzung in Brennstoffzellen auch Verwendung in anderen industriellen Zweigen. Heutzutage wird nur ein kleiner Teil des erzeugten Wasserstoffs in Brennstoffzellen verwendet, und der überwiegende Teil des Wasserstoffs wird in anderen industriellen Anwendungen verwendet. Wasserstoff ist einer der wichtigsten Rohstoffe in der chemischen Industrie. Jährlich werden weltweit rund 80 Millionen Tonnen Wasserstoff verbraucht. Abbildung 1 zeigt den weltweiten Wasserstoffverbrauch im Jahr 2006. Wie zu sehen ist, wird der größte Teil des Wasserstoffs für die Ammoniakproduktion und die Ölverarbeitung verwendet. Diese Zusammensetzung ist auch 14 Jahre später noch aktuell. Im folgenden werden die Industrizweige, welche große Anteile des verfügbaren Wasserstoffs nutzen näher beleuchtet.
Die erste und wichtigste Technologie ist die Herstellung von Ammoniak. Heute wird Ammoniak (NH3 ) industriell aus Wasserstoff und Stickstoff mithilfe eines Katalysators auf Eisenbasis hergestellt. Da Ammoniak jedoch meist nur ein Zwischenprodukt in der weiteren Produktion ist, werden folgend die Endprodukte vorgestellt. Die wichtigsten Ammoniakprodukte sind Düngemittel, Polymere (Kunststoffe) und eine relativ große Menge Ammoniak wird auch zur Herstellung von Sprengstoffen verwendet. Die allgemeine Verwendung ist in Abbildung 2 dargestellt.
Die zweitgrößte wasserstoffverarbeitende Industrie ist die Raffinerie und Erdölverarbeitungsindustrie. Wasserstoff ist eine Schlüsselchemikalie für die Ölverarbeitung. Es wird zur Herstellung von leichteren Fraktionen von Rohöl (niedermolekularen Teilen von Rohöl) verwendet, um unerwünschte Substanzen wie Schwefel, Stickstoff und bestimmte Metalle zu entfernen. Eine Analogie zu dieser Technologie ist die Zugabe von Wasserstoff bei der Kohleverarbeitung zu Methan und anderen Kohlenwasserstoffen (sogenannte Kohleverflüssigung).
Ein weiterer sehr wichtiger Abnehmer von Wasserstoff ist die industrielle Herstellung von Biokraftstoffen wie Methanol.
Die Herstellung von Methanol ist eines der Verfahren, mit denen bereits erzeugtes Kohlenstoffdioxid und -monoxid recycelt werden können. Das Prinzip ist relativ einfach:
Ebenso können durch ähnliche Reaktionen auch höhere Kohlenwasserstoffe erzeugt werden, die wie bei Methanol Kraftstoffen beigemischt werden und beispielsweise Biodiesel erzeugen.
Wasserstoff wird auch zur Anreicherung von Biogas verwendet, das nach der Behandlung von biologisch abbaubaren Abfällen in Biogasanlagen anfällt.
In der Metallurgie wurde Wasserstoff in den letzten Jahren als Reduktionsmittel in der Stahlproduktion eingesetzt. In der Vergangenheit wurde meist Koks als Reduktionsmittel verwendet, aber immer mehr Fabriken arbeiten jetzt mit Wasserstoff. Die Verwendung von Wasserstoff ist hier sehr wünschenswert, da dies zu einem leichter verarbeitbaren Eisenzwischenprodukt führt, welches bei der Stahlherstellung Verwendung findet.
Ebenso ist auch für die Herstellung von verschiedenen Polymeren und anderer organischer Verbindung Wasserstoff notwendig, wo er als Hydrierungs- oder Reduktionsmittel verwendet wird. Dadurch werden doppelte und dreifache Bindungen zu einzelnen Verknüpfungen der Atome im Molekül aufgespalten. Weniger bekannt, aber immer noch wichtig ist die Verwendung von Wasserstoff in der Lebensmittelindustrie.
Margarine ist eigentlich eine Speiseölemulsion, durch die Wasserstoff hindurchperlt, wodurch eine Fettversteifung erreicht wird. Das gleiche Verfahren erzeugt Erdnussbutter, indem Wasserstoff durch das gepresste Erdnussöl geblasen wird. (Dieses Video zeigt die Herstellung von Margarine: http://bit.ly/sun-suns )
Schließlich wird Wasserstoff auch als Bestandteil des Raketentreibstoffs verwendet (Abbildung 3). Verflüssigter Wasserstoff (Kraftstoff) und verflüssigter Sauerstoff (Oxidationsmittel) werden beim Antrieb von verschiedenen Varianten ballistischer Flugkörper und Shuttles verwendet.