Wasserstoff der Weg aus der Energiekrise?
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Wasserstoff - wie uns dieser Energiespeicher aus der Energiekrise helfen kann
Wasserstoff ist nichts Neues. Bereits Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckte der Wissenschaftler Sir William Grove die Möglichkeit, Wasserstoff als Energiespeicher einzusetzen. Er kehrte die Elektrolyse um und erzeugte so Strom.
Die Technologie konnte sich jedoch lange Zeit nicht durchsetzen. Vorstöße sind zum Beispiel aus der Automobilindustrie bekannt, wo seit Jahrzehnten bereits mit Wasserstoffautos experimentiert wird. Der Verbrennungsmotor war der direkte Konkurrent und billiger, einfacher und sicherer.
Mittlerweile nimmt das Interesse allerdings immer mehr zu. In Asien sind Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden zum Beispiel nicht ungewöhnlich und im Zuge der fortschreitenden Umstellung auf Strom aus erneuerbaren Energien, gewinnt Wasserstoff als Speichermedium zunehmend an Bedeutung. Denn damit eine autarke Versorgung über Strom aus Wind, Sonne oder Wasser überhaupt möglich ist, muss zunächst die Speicherproblematik hinreichend gelöst sein.
In Deutschland zählt Wasserstoff daher zu den Technologien und Energieträgern, die von Bund und Ländern gefördert werden.
Wasserstoff, das Element mit der Ordnungszahl 1
Wasserstoff, im Periodensystem mit der Abkürzung H2 geführt, ist ein Gas. In der Natur ist es in der Regel mit anderen Elementen verbunden und zum Beispiel gebunden an Wasser (H₂O) oder in Kohlenwasserstoffverbindungen, in Methan und anderen Stoffen. Möchte man reinen Wasserstoff herstellen, passiert das, indem man Energie einsetzt und eine Elektrolyse durchführt.
Führt man im Anschluss den Wasserstoff wieder zurück in die verbundene Form mit anderen Elementen, zum Beispiel in Wasser, wird diese vorher zugeführte Energie wieder freigesetzt.
Damit ist Wasserstoff in der Lage, Energie zu speichern.
Die bunte Welt des Wasserstoffs
Grüner Wasserstoff
Mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien wird dieser Wasserstoff aus Wasser gewonnen. Dieser Wasserstoff ist CO2-neutral.
Grauer Wasserstoff
Die Energiequelle zur Herstellung dieses Wasserstoffs sind fossile Brennstoffe. Erdgas wird thermisch in Wasserstoff und CO2 aufgespalten. Das CO2 unsere Atmosphäre zerstört ist, ist grauer Wasserstoff klimaschädlich.
Brauner Wasserstoff
Ebenfalls ein Verfahren, dass fossile Brennstoffe nutzt, in diesem Fall wird Kohle vergast, um den Wasserstoff herzustellen
Blauer Wasserstoff
Die Herstellung erfolgt, wie beim grauen Wasserstoff. Allerdings wird das anfallende CO2 nicht in die Atmosphäre entlassen, sondern gespeichert und industriell weiterverarbeitet. Beim Carbon-Capture-and Storage wird das CO2 unterirdisch gelagert.
Türkiser Wasserstoff
Methan wird thermisch aufgespalten. Dabei entsteht fester Kohlenstoff anstatt gasförmigen CO2. CO2-neutral ist dieses Verfahren, wenn die Energie aus erneuerbaren Quellen stammt.
Pinker Wasserstoff
Die Energie für die Spaltung stammt aus Nuklearstrom.
Roter und Gelber Wasserstoff
Für die Elektrolyse wird ein Energiemix aus unterschiedlichen Quellen verwendet.
photosynthetische Wasserstoff
Eine bislang eher experimentell betriebene Herstellung von Wasserstoff ist die photosynthetische. Diese Verfahren sind noch so neu, dass sie keinen Farbcode tragen
Wasserstoff,
die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig
Der Energiespeicher glänzt mit seiner breiten Verwendungsmöglichkeit. In ersten Pilotprojekten wird beispielsweise grüner Wasserstoff in energieintensiven Industriezweigen, wie Stahlwerken oder Raffinerien eingesetzt. Auf Kleinserienniveau wird Wasserstoff breites seit Anfang des 21. Jahrhunderts in der Wärmeerzeugung oder Verkehrstechnik verwendet.
Brennstoffzellen können im heimischen Umfeld, in der Industrie aber auch in Automobilen zum Einsatz kommen. In Kraftfahrzeugen wird allerdings eine spezielle Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle (PEMFC) verwendet und hat bereits Serienreife erlangt.
Wasserstoff-Automobile waren vor 20 Jahren bereits in der Entwicklung. Lange Zeit lag die Technik dann aber eher auf Eis. Erst in den letzten Jahren erlebt Wasserstoff als Antriebsmittel einen erneuten Aufschwung. Ob es tatsächlich jemals eine ernst zu nehmende Konkurrenz zum E-Mobil sein wird, ist noch nicht abzusehen.
Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Stromerzeugung. Hierfür werden Brennstoffzellen verwendet, die die Elektrolyse umkehren können. Dabei wird elektrische, aber auch thermische Energie erzeugt. Die Brennstoffzelle kann also sowohl heizen als auch als Stromquelle fungieren. Im privaten Umfeld wird hierfür ein Mini-Blockheizkraftwerk mit einer PEM-Brennstoffzelle verwendet. Die Leitung reicht von 3 kW bis zu 250 kW und kann somit zur Versorgung eines Einfamilienhauses bis zur ganzen Wohnbausiedlung dienen. Während in Japan die Brennstoffzelle bereits eine etablierte Heiztechnologie ist, hat sie hierzulande noch einen Exotenstatus. Allerdings gilt sie als sehr umweltfreundliche Heiztechnologie, die gleich zwei Energiekomponenten bedient, Strom und Wärme, und wird daher auch vom Bund gefördert.
treibstoff
Wasserstoff in PowerFuels
Um Wasserstoff als Treibstoff zu nutzten, brauchen Sie nicht zwingend ein E-Mobil. Auch ein herkömmlicher Verbrennungsmotor kann damit betrieben werden. Denn man kann mit Wasserstoff auch Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Methanol erzeugen und diesen als Alternative zu Benzin verwenden. Die Autos müssten dabei keine Technologie führen, die den Wasserstoff umwandelt, sondern sie tanken einfach Methanol. Die Umwandlung erfolgt zum Beispiel direkt im Windpark.
Wasserstoff als Benzinersatz hat dabei einen dreimal höheren Wirkungsgrad. Das bedeutet, dass ein Kilo Wasserstoff in etwa soviel Energie enthält, wie drei Kilo Benzin. Preislich lohnt sich das derzeit allerdings noch nicht, denn ein Kilo Wasserstoff kostet seit Juni 2022 bundesweit einheitlich 12,85 €.
FAZIT
Bringt uns Wasserstoff Erleichterung in der Energiekrise
Grüner Wasserstoff stellt eine Art Joker in der Umstellung auf erneuerbare Energien dar. Dazu schreibt das Umweltbundesamt:
„Wasserstoff wird künftig also da benötigt, wo keine effizientere Lösung verfügbar ist: Zum einen als Endenergieträger in der direkten Nutzung, beispielsweise der Stahlindustrie, als auch als Sekundärenergieträger, um Methan, Benzin, Diesel oder Kerosin herzustellen.“
Insgesamt wird der Einfluss jedoch auch in den nächsten 20 Jahren eher gering eingeschätzt. Und trotzdem, ganz ohne Bedeutung ist der grüne Wasserstoff nicht, denn vor allem die Vielfältigkeit ist der entscheidende Faktor, der im Gesamtkonzept Energieversorgung der Zukunft dem Wasserstoff seine Berechtigung verleihen wird.