Zwei Wunderelemente?

Wissen / 14.06.2019 • 16:35 Uhr / 4 Minuten Lesezeit
Unter den verfügbaren Akkus haben Lithium-Ionen-Akkus die höchste Energiedichte.
Unter den verfügbaren Akkus haben Lithium-Ionen-Akkus die höchste Energiedichte.

Warum an Wasserstoff und Lithium das Autofahren hängt.

Schwarzach Die automobile Zukunft sieht die Autoindustrie beim Elektroauto, wie ein schwerfälliger Riesentanker nimmt sie Kurs auf das Paradies des Fahrens mit Strom. Wenn der Strom dazu noch aus regenerativen Quellen erzeugt wird, freuen sich alle – eitel Wonne, Eierkuchen. Moment, nicht so schnell: Wohl und Wehe des Elektroautos hängen vom Lithium-Ionen-Akku ab, der unter den verfügbaren Akkumulatoren die höchste Energiedichte hat, nämlich 200 Wattstunden pro Kilogramm. Einzige Alternative ist Wasserstoff. Auf diese zwei beschränkt sich die Debatte – warum eigentlich? Im Periodensystem stehen ja noch 90 andere Elemente. Im Grunde beruht die Energienutzung eines Elementes darauf, dass es gern Elektronen abgibt, man nennt das Oxidation. Voraussetzung ist ein anderes Element, das die Elektronen aufnimmt.

Im normalen Leben ist das der Sauerstoff, daher der Name. Es geht aber auch ohne Sauerstoff. Wenn die Elektronen direkt übergehen, wird die Sache sehr heiß, man spricht von Verbrennung; durch die Hitze der Flamme dehnen sich die Gase aus und bewegen den Kolben im Motor, die Nutzung erfolgt über die Wärme, also indirekt. Wenn die Elektronen erst durch einen Draht auf den Empfänger laufen, also indirekt übergehen, können sie dabei allerlei nützliche Arbeit verrichten: Licht erzeugen, ein E-Auto antreiben usw. Hier nutzt man die Energie direkt.

Wer macht das Rennen?

Was ist nun das Besondere an Wasserstoff und Lithium? Die Nummer 1 im Periodensystem ist der Wasserstoff, er hat nur ein Elektron, das gibt er auch gern ab – darauf beruht die Wasserstoffbrennstoffzelle. Und die Nummer 2? Das ist Helium, das gibt seine Elektronen nicht ab, nimmt auch keine auf, weil die zwei eine stabile „Schale“ bilden. Kann man vergessen. Nummer 3 im Periodensystem ist Lithium, es hat drei Elektronen. Eins davon gibt es gern ab – Grundlage des Lithium-Ionen-Akkus. Die nachfolgenden Elemente lassen sich auch oxidieren (verbrennen), aber nicht so leicht, außerdem sind sie zu schwer für eine Batterie und zu selten, erst der Kohlenstoff lässt sich wieder gut verbrennen, am besten natürlich in Verbindung mit Wasserstoff als Kohlenwasserstoff. Energieinhalt: unschlagbar. Aber das hatten wir jetzt 200 Jahre lang, das entstehende Kohlendioxid will man aus Klimaschutzgründen vermeiden. Diese grundlegenden Überlegungen führen zum Schluss: Wasserstoff und Lithium werden die Sache unter sich ausmachen. Es hat also keinen Sinn, auf eine „Wunderbatterie“ oder etwas Ähnliches zu warten. Auch der Motor, der mit Wasser läuft, wird ein Wunschtraum bleiben. Die Natur gibt einfach nur gewisse Dinge her, andere nicht. Also (wahrscheinlich) der Lithium-Ionen-Akku. Alles paletti? Eher nicht. Man braucht für ihn nicht nur Lithium, sondern eine Menge anderes Zeug, das sehen wir uns nächstes Mal an.