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Wasserstoff ist der Kopf von allem: Wie Energie aus Plastikabfällen für ein japanisches Hotel erzeugt wird



Plastikmüll verwandelt sich von einem Albtraum eines umweltbewussten Bürgers mit Selbstachtung in eine der Ressourcen für den Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft. Kürzlich wurde in der japanischen Industriestadt Kawasaki ein Hotel eröffnet, dessen Energie aus recycelten Flaschen, Taschen und sogar Zahnbürsten stammt, die von den Gästen verwendet werden. Wir erzählen, wie „japanischer Tscheljabinsk“ zu dieser Praxis kam und welche Rolle Toshiba dabei spielte.

Im 19. Jahrhundert wurden verschiedene Arten von Kunststoffen erfunden. 1862 versuchten die Briten Alexander Parks, einen billigen Ersatz für Elfenbein zu schaffen - das Hauptmaterial für Billardkugeln. Nachdem er Nitrocellulose, Kampfer und Alkohol gemischt hatte, erhitzte er die resultierende Substanz und kühlte dann ab. So erschien Parkesin - der erste halbsynthetische Kunststoff. In den folgenden Jahren wurden andere Arten von Kunststoffen erfunden, aber die Ära ihres kommerziellen Erfolgs begann viel später - in der Mitte des 20. Jahrhunderts.

1967 wurde der Film "Graduate" in den USA auf den Bildschirmen veröffentlicht. In einer Szene fordert der Geschäftsmann McGuire ein vertrauliches Gespräch zwischen einem College-Absolventen Ben (gespielt von dem jungen Dustin Hoffman) und sagt: „Ich möchte Ihnen ein Wort sagen. Nur einer. Plastik. Kunststoff hat eine große Zukunft. Denk darüber nach". Der Dialog ging später in die Top 100 der Kinozitate nach Angaben des American Film Institute ein. Quelle: wsinful / YouTube

In der Tat kam die Ära des Plastiks in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts - gleichzeitig mit dem raschen Wachstum des Massenkonsums. Laut der Zeitschrift The Economist wurden seit den 1950er Jahren weltweit 6,3 Milliarden Tonnen Kunststoff hergestellt, von denen nur 9% und 12% recycelt wurden. Wo ist der Rest?

Und der Rest ist entweder im Boden begraben oder treibt in den Ozeanen. Und es gibt noch keine Verbesserung: In den 2010er Jahren wurden jährlich 300 bis 400 Millionen Tonnen Kunststoff produziert. Die Experten des UN-Umweltprogramms (UNEP) stellten 2014 fest: „Leider hat die Marktwirtschaft externe Umweltfaktoren, einschließlich der sozialen, ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen von Meereskunststoffen, nicht berücksichtigt. Die derzeitige „plastische Wirtschaft“ ist ein lineares Modell für Produktion und Verbrauch, bei dem eine unvorhersehbare Abfallmenge anfällt, die zu ihrer vollständigen Ineffizienz führt. “


Die Hauptquellen und Wege der plastischen Verschmutzung der Ozeane. Es ist bemerkenswert, dass 40% des Plastikmülls Verpackungen sind. Quelle: „Plastikmüll und Mikroplastik in den Ozeanen. Globale Warnung und Forschung, Handlungsaufforderung und Leitfaden zur Änderung von Richtlinien. “ UNEP, 2016, Nairobi / UNEP (2016).

Die größten Kunststoffansammlungen finden sich in Küstengewässern, insbesondere in Regionen mit hoher Bevölkerungsdichte, sowie in Gebieten mit intensiver Fischerei und entwickeltem Küstentourismus. Eines davon ist Japan, und in diesem Land wird der Kampf gegen Plastikmüll schon lange und nicht ohne Ergebnis fortgesetzt. Nach Angaben der Vereinten Nationen liegt die Gesamtnutzungsrate von Kunststoff im Land der aufgehenden Sonne bei 82%. Aber die Japaner haben das nicht sofort erreicht.

Japanischer Tscheljabinsk: Wie Kawasaki zu einer Öko-Stadt wurde


Nach dem Zweiten Weltkrieg bildeten sich in Japan große Industriegebiete, die für ein schnelles Wirtschaftswachstum sorgten. Die Kehrseite der Medaille waren die wachsenden Umweltprobleme, die nicht nur der Natur schadeten, sondern auch Leben forderten. Zum Beispiel in den Jahren 1950-1960. Ausbrüche der Minamata-Krankheit (tödliche Lähmung), die durch die Einleitung von anorganischem Quecksilber in Flüsse durch die Fabriken verursacht wurden, wurden wiederholt registriert.

Das Entwicklungszentrum der japanischen Industrie (und der damit verbundenen Umweltprobleme) war die Küstenindustriezone von Kawasaki - etwa 50 Unternehmen auf einer Fläche von 100 Hektar. In den 1970-1980er Jahren. Hier wurde eine mächtige Umweltbewegung geboren, die die lokalen Behörden zum Handeln zwang. 1970 unterzeichnete die Stadt mit 39 Fabriken Vereinbarungen zur Vermeidung von Luftverschmutzung. 1972 wurde ein Zentrum zur Überwachung schädlicher Emissionen eingerichtet. 1978 wurde in 32 der größten Anlagen eine automatisierte Kontrolle des Stickoxidausstoßes eingeführt.

Gleichzeitig wurde ein Abfallmanagementsystem entwickelt, bei dem der größte Teil des Mülls verarbeitet wird.


Es dauerte mehr als 50 Jahre, um ein Abfallmanagementsystem in Kawasaki City zu erstellen und zu debuggen. Quelle: Kawasaki Environmental Research Institute

1997 wurde die Stadt Kawasaki von der japanischen Regierung als "Übungsplatz" für die Umsetzung des Projekts "Ecocities" ausgewählt. Das staatliche Programm sah Subventionen in Höhe von 600 Millionen US-Dollar für 24 Öko-Städte sowie Direktinvestitionen in 60 Projekte in diesen Städten für 1,6 Milliarden US-Dollar vor.

Darüber hinaus erhielt Kawasaki sofort eine „Spezialisierung“ auf die Wiederverwendung von Abfällen. Bis 2004 wurde hier ein Industriepark (Kawasaki Zero-Emission Industrial Park) errichtet, an dem 15 Unternehmen beteiligt sind. Die Unternehmen der lokalen Industriezone verschmelzen allmählich zu einem einzigen Netzwerk für den Verbrauch und die Verteilung von Wertstoffen. Sein Teil wird das städtische Wasserstoffverteilungsnetz sein. Wie arbeitet sie?

Feuer, Wasser und Rohr: Wie aus Kunststoff Energie wird


Im Jahr 2015 entwickelte Kawasaki die Kawasaki-Wasserstoffstrategie zur Erreichung einer Wasserstoffgesellschaft. Als Teil davon ist geplant, in Kawasaki Wasserstoffversorgungsketten (auch aus dem Ausland) zu organisieren, in denen dieses Gas mithilfe von Toshiba-Systemen zu Energie verarbeitet wird.

Im Jahr 2017 hat das autonome Kraftwerk H2One von Toshiba bereits begonnen, den Bahnhof Musashi-Mizonokuchi in Kawasaki mit Strom und Wärme zu versorgen, worüber wir bereits in Habré gesprochen haben . Die Station erzeugt durch Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser, und die eingebaute Solarbatterie liefert Strom für diesen Prozess. Dann wird Wasserstoff in Energie für die Station umgewandelt.

Wasserstoff kann aber nicht nur aus Wasser gewonnen werden, sondern auch aus recyceltem Kunststoff. Im Jahr 2018 rüstete Toshiba das Hotel KAWASAKI KING SKYFRONT Tokyu REI mit der Installation von H2Rex aus. Im Gegensatz zu H2One produziert es keinen Wasserstoff, sondern empfängt ihn von einer externen Quelle und wandelt das Gas dann in Strom und Wärme für das Hotel um.

Wie wird aus Kunststoff Wasserstoff? Dies geschieht in der Fabrik unseres Partners für Wasserstoffstrategie - Showa Denko KK. Plastikmüll stammt aus dem Müllabfuhrsystem der Stadt, einschließlich des Küstengebiets von Kawasaki, durch ein offenes Ausschreibungsverfahren. Hier wird der verwendete Kunststoff durch thermische Vergasung zersetzt. In diesem Fall wird der organische Teil des Abfalls in Wasserstoff umgewandelt und auch Kohlenmonoxid freigesetzt. Kohlenmonoxid aus diesem Verfahren wird zur Herstellung von Produkten auf Kohlenstoffbasis wie Trockeneis verwendet. Wasserstoff wird zur Erzeugung von Ammoniak verwendet, geht zu Wasserstoff-Tankstellen und wird auch zur Stromerzeugung in einem Hotel verwendet.


Aus 195 Tonnen Plastikmüll können 175 Tonnen Ammoniak erzeugt werden. Quelle: Showa Denko

Von der Anlage von Showa Denko fließt Wasserstoff in eine Pipeline, die zu einem Hotel führt, das 5 km von der Anlage entfernt liegt. Die Pipeline sorgt für eine stabile Gasversorgung und stößt beim Transport kein CO2 aus, wie zum Beispiel Autos mit Verbrennungsmotor. Durch die Verwendung eines Netzes solcher Pipelines ist es möglich, die gesamten Kohlendioxidemissionen in der gesamten Kette im Vergleich zum bestehenden Verfahren um etwa 80% zu reduzieren.

Das Gas fließt von der Pipeline zu H2Rex, dem Wasserstoffgenerator von Toshiba. Seine Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität durch elektrochemische Reaktionen zwischen dem erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff aus der Atmosphäre. Das Ergebnis ist Strom und Wärme.


H2Rex ist für die Natur harmlos. Das einzige Nebenprodukt der Produktion ist Wasser, das beim Betrieb des Generators verwendet wird. Der Plastikmüll des Hotels (Zahnbürsten, Verpackungen, Einweggeschirr) wird übrigens direkt an die Showa Denko-Fabrik geliefert. Quelle: Toshiba Energy

Gleichzeitig erreicht der Wasserstoffnutzungsgrad 96%. Darüber hinaus kann die von Brennstoffzellen erzeugte Wärme zum Erhitzen von Wasser oder Wärme verwendet werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken (z. B. Turbinengeneratoren, die Wärme in Dampf umwandeln, der eine Turbine antreibt) wandelt H2Rex Wärmeenergie nicht in kinetische Energie um, sondern erzeugt sie mithilfe einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Luftsauerstoff. Quelle: Toshiba Energy

Darüber hinaus macht die Toshiba-Brennstoffzellenstruktur die Notwendigkeit eines externen Luftbefeuchters überflüssig - das vom Generator erzeugte Wasser wird dafür verwendet.

Ein weiteres Merkmal ist die niedrige Starttemperatur (60-70 Grad) von Festpolymer-Brennstoffzellen, die in H2Rex verwendet werden. Aus diesem Grund müssen sie nicht sehr stark erwärmt werden, um Energie zu erzeugen, sodass die Installation tagsüber schnell gestartet und gestoppt werden kann. Diese Elemente lassen sich auch leicht an eine bestimmte Last anpassen, wodurch sie in Branchen mit instabilem Energieverbrauch bequem eingesetzt werden können (z. B. im Dienstleistungssektor, wo tagsüber Spitzenlasten und nächtliche "Ruhe" herrschen).

Wie viel Energie gibt H2Rex? In einem Jahr kann eine Anlage 100 Haushalte (700,8 Tausend kWh) mit Strom versorgen oder 12,1 Tausend Badewannen (24,2 Millionen Liter Warmwasser) mit Wasser erwärmen.

Weiter überall: Wo sonst wird Wasserstoff erzeugt und genutzt?


Bis 2050 werden 20% des Stroms in Japan aus Wasserstoff erzeugt. Außerdem wird das Land der aufgehenden Sonne etwa 80 Tanker benötigen - sie werden Wasserstoff in flüssiger Form transportieren. Japanische Unternehmen haben bereits begonnen, ein globales Netzwerk für die Produktion und Lieferung von Wasserstoff als Energiequelle aufzubauen. Im Jahr 2019 richtete ein japanisches Unternehmen in Hastings (Victoria, Australien) ein Wasserstoffterminal ein. Zusätzlich zur Deckung des lokalen Kraftstoffbedarfs wird Wasserstoff in Flüssigkeit umgewandelt, in Tanker gegossen und in verschiedene Länder, einschließlich Japan, verschickt.

Ich frage mich, was mit den Ölpreisen im Jahr 2050 passieren wird.

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