Am 28. wurde in einer Pilotanlage in Rizhao, Provinz Shandong, ein in China eigenständig entwickeltes System zur thermisch gekoppelten direkten Elektrolyse von Meerwasser zur Wasserstofferzeugung mit gekoppelter Gewinnung strategischer Elemente über mehr als 1000 Stunden kontinuierlich und stabil betrieben. Ein aus fünf Akademikern und mehreren erfahrenen Experten bestehendes Abnahmegremium vertritt die Auffassung, dass dieses Ergebnis dokumentiert, dass China das weltweite technische Problem der gekoppelten Produktion von Wasserstoff aus Meerwasser und marinen strategischen Elementen gelöst und sich einen Pioniervorteil bei technologischen Durchbrüchen in diesem Bereich gesichert hat.
Die thermisch gekoppelte direkte Elektrolyse von Meerwasser zur Wasserstofferzeugung ist eine fortschrittliche Technologie, die ohne Entsalzung von Meerwasser auskommt und industrielle Abwärme direkt nutzt, um den Energieverbrauch der Wasserstofferzeugung zu senken. Der Projektleiter und Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Tang Bo, fasst das Verfahren in einem Satz zusammen: „Meerwasser ansaugen, Abwärme verwerten, Wasserstoff, Süßwasser und strategische Elemente erzeugen – und dabei keinen einzigen Tropfen Süßwasser verbrauchen."
Laut Angaben kann die Anlage jährlich etwa 800 Tonnen Meerwasser verarbeiten und pro Jahr 260.000 Normkubikmeter hochreinen Wasserstoff produzieren. Dieser grüne Wasserstoff kann jährlich etwa 460 Tonnen Kohlendioxidemissionen einsparen.
Worin liegt nun die Schwierigkeit bei der Wasserstofferzeugung aus Meerwasser? Tang Bo erklärt, dass die direkte Bestromung von Meerwasser zwei unumgängliche Probleme mit sich bringt: Erstens die Verkrustung. Beim Elektrolysieren von Meerwasser steigt der pH-Wert um die Kathode an, Calcium- und Magnesiumionen bilden eine harte Kruste, die sich an der Elektrode festsetzt – ähnlich der immer dicker werdenden Kesselschicht am Boden eines Wasserkochers – und die Funktion der Elektrode beeinträchtigt. Zweitens die Korrosion. Die Chloridionen im Meerwasser sind stark korrosiv; die Elektroden werden bei langem Eintauchen in Meerwasser korrodiert und porös, und bei unsachgemäßer Behandlung kann zudem giftiges Chlorgas freigesetzt werden.
„Die Lösung beruht auf zwei Ansätzen", sagt Tang Bo. Erstens die stufenweise Wärmenutzung. Das Team führt die von umliegenden Stahlwerken emittierte Niedertemperatur-Abwärme sowie die beim Elektrolyseprozess selbst entstehende Wärme in das System ein und nutzt sie im Kreislauf – vergleichbar damit, nach dem Dämpfen von Mantou die Restglut im Herd zu nutzen, um Brei zu kochen, ohne ein neues Feuer anzuzünden. Er erklärt, dass die Elektrolyse selbst weiterhin elektrisch angetrieben werde; die Abwärme könne den Strom nicht ersetzen, sondern lediglich diesen Stromverbrauch tatsächlich senken. Der andere Ansatz ist die synchrone Anreicherung strategischer Elemente: Unter den Elektrolysebedingungen der Wasserstofferzeugung aus Meerwasser werden durch kontinuierliche dynamische Online-Reaktion im Durchfluss strategische Elemente aus dem Meerwasser in situ extrahiert und die ursprünglich wie „die Nadel im Heuhaufen" verteilten Spurenressourcen auf eine hohe Konzentration gebracht, die einen industriell verwertbaren Abbau ermöglicht.
Xu Tongwen, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Professor an der Universität für Wissenschaft und Technik China, erklärt, dass die Prozessroute „Abwärmenutzung – Wasserstofferzeugung aus Meerwasser – gekoppelte Produktion strategischer Ressourcen" sowohl die Abwärme von Küstenfabriken als auch die Meeresressourcen nutzbar mache und eine praktikable technische Lösung für die kostengünstige, großmaßstäbliche Erschließung von grünem Wasserstoff aus dem Meer biete.