Ist die Wasserstofftechnologie tatsächlich zukunftsfähig?

Wasserstoff ist ein winziges Molekül mit enormen Potenzial!

Als Energieträger der Zukunft gilt Wasserstoff. Er kann klimaneutral mittels regenerativ gewonnenem Strom produziert werden und ist für Anwendungen in der Industrie, der Wärme- und Stromgewinnung sowie der Mobilität tauglich. Zudem ermöglicht Wasserstoff, Energie aus regenerativen Ressourcen in signifikanten Umfang zu generieren.

Diverse Einsatzmöglichkeiten für Wasserstoff

Als Energieträger hat Wasserstoff die größte gewichtsabhängige Leistungsdichte (kWh/kg). Er lässt sich in Brennstoffzellen oder Spezialkraftwerken nutzen. Dort verläuft der Elektrolyseprozess in entgegengesetzter Richtung. Dadurch entstehen Strom, Wärme und Wasser. Die Brennstoffzellen sind sowohl für den ortsgebundenen als auch für den mobilen Einsatz geeignet. Mittlerweile liefern Brennstoffzellen in vielen Gebäuden sehr effizient Strom und Wärme. Den Wasserstoff in den Geräten gewinnt man bislang aus Erdgas, welches über die Gasleitung ins Gebäude geführt wird. Zurzeit werden Geräte ersonnen, die nur mit Wasserstoff betrieben werden.

Die Wasserstoffmobilität: Dabei wird der Motor mit dem Wasserstoff angetrieben, der von einer Brennstoffzelle im Fahrzeug gewonnen wird. Der Tankvorgang für Wasserstoff ist äußerst kurz, was gegenüber E-Autos ein immenser Vorteil ist.

Kann Wasserstoff als Lösung für die CO2-freie Energiegewinnung eingesetzt werden?

Im System Wasserstoff kann die Energie langfristig gelagert werden. Beim sogenannten Power-to-Gas-Verfahren (Umwandlung von Strom in Gas) wird Wasserstoff aus rückgewonnenem Strom produziert.

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Power-to-Gas: Speicherung von regenerativem Strom und Anwendung als Gas!

Mittels der Elektrolyse lässt sich erneuerbarer Strom aus Windenergie in Wasserstoff und optional in Gas verwandeln. Das bedeutet, dass es ganzjährig eingelagert werden kann und zugleich einen wichtigen Schritt zur Entkarbonisierung der Gasbereitstellung in sämtlichen Branchen leisten kann!

Die Stromproduktion aus regenerativen Energieträgern wie Wind und Sonne verläuft nicht kontinuierlich, sondern ist natürlichen Veränderungen ausgesetzt. Mit dem steigenden Anteil der regenerativen Energiequellen steigt der Bedarf, die Differenzen von Angebot und Nachfrage zu kompensieren. Power to Gas wird hierfür zukünftig eine Alternative sein. Zudem kann Power to Gas einen wesentlichen Anteil an der Vernetzung der Bereiche Strom, Wärme, Mobilität und Industrie und somit an der Reduktion der Treibhausgase leisten.

Dickes Plus!

Ein Pluspunkt ist die Möglichkeit, vorhandene Gasnetze und Anwendungen zu verwenden. Die aktuell 49 Gasspeicher in Deutschland verfügen über eine Gesamtkapazität von 234 Milliarden Kilowattstunden – das entspricht einer Energiemenge, mit der rund 234 Milliarden Waschmaschinenfüllungen gereinigt werden könnten. Mit der in diesem Erdgas enthaltenen Energie könnte in Gaskraftwerken Strom produziert werden, um die Stromversorgung in Deutschland für über zwei Monate zu garantieren. Erfahren Sie hier, wo in Deutschland Wasserstoff produziert wird!

Die Elektrolyseure werden nach verschiedenen Methoden betrieben und erzielen gegenwärtig Wirkungsgrade von bis zu 75 Prozent. Die Elektrolyse und die Methode der Methanisierung erzielen gemeinsam einen Wirkungsgrad von rund 60 Prozent. In Deutschland wurde das erste Power-to-Gas-Pilotprojekt im Jahr 2011 in Angriff genommen. Mittlerweile sind mehr als 40 Pilot- und Demonstrationsanlagen in Deutschland aktiv. Eine Vielzahl von weiteren Projekten ist in Planung. Zur Herstellung von Wasserstoff mit einem Energiegehalt beziehungsweise Heizwert von 1kWh im Elektrolyseverfahren werden 300ml Wasser und 1,5kWh Strom gebraucht.

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Das SNG von Power to Gas besitzt annähernd dieselben chemischen und verbrennungstechnischen Eigenschaften wie Erdgas. Deshalb kann er überall dort zum Einsatz kommen, wo auch herkömmliches Erdgas genutzt wird: in Heizungsanlagen, zur Stromproduktion oder als Treibstoff in Erdgasautos. Der produzierte Wasserstoff kann alternativ unmittelbar verwendet oder bis zu einer gewissen Grenze mit Erdgas vermischt und dementsprechend eingesetzt werden. Künftig kann Strom aus regenerativen Energieträgern gelagert und auf andere Bereiche transferiert werden, beispielsweise als Kraftstoff im Mobilitätssektor oder für Industrieprozesse.

Wasserstoff: Ein Allrounder!

„Wasserstoff ist ein Multitalent, das in allen Bereichen sein Potenzial zur Reduzierung von Treibhausgasen ausspielen sollte“, so Kerstin Andreae.

Wie rasch eine Wasserstoffwirtschaft entstehen kann, ist von einer Reihe von Einflussfaktoren geprägt: Es handelt sich um einen Wandlungspfad mit Größenvorteilen, technologischen Neuerungen, Optimierungspotenzial und der Abhängigkeit von rechtlichen und politischen Rahmenvorgaben.

Der Wasserstoff in der Wirtschaft: Entkarbonisierung nicht-elektrisierbarer Vorgänge

Bislang wird Wasserstoff vorwiegend in der chemischen Industrie genutzt, etwa bei der Produktion von Stickstoffdünger, in Erdölraffinerien zur Aufbereitung von Mineralöl oder bei der Erzeugung von synthetischen Treibstoffen. Daneben gibt es einige Industrieprozesse, die nur schwer oder überhaupt nicht elektrifizierbar sind, wie etwa die Stahlerzeugung oder die Ammoniakherstellung. Gegenwärtig werden hierfür meist noch Kohle oder Erdgas eingesetzt, aber diese Prozesse könnten künftig zunehmend auf Wasserstoff ausgerichtet werden. Hier liegt ein enormes Potenzial, um CO2 zu sparen und damit das Klima zu schonen: Umso mehr Verfahren auf Wasserstoff umgerüstet werden, umso weniger CO2 wird freigesetzt.

Der Wasserstoff in der Mobilität: Schwertransport ohne CO2-Ausstoß

Auch im Transportwesen ist der elektrische Fahrantrieb nicht immer möglich: Gerade im Schwertransport ist aufgrund des Fahrzeuggewichts sehr viel Energie nötig. Entsprechend groß wäre der Strombedarf, um die erforderlichen Fahrstrecken zurückzulegen. Mit einer Brennstoffzelle lassen sich diese Schwierigkeiten umfahren. Durch weitere Verfahrensschritte lässt sich Wasserstoff auch zu synthetischen Treibstoffen umwandeln, welche dann in Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen. Erste Projekte investieren auch in Wasserstoffzüge.

Vor allem in ländlichen Gebieten, in denen es keine Oberleitungen gibt und wo bislang Diesellokomotiven verkehren, ließen sich auf diese Weise Schadstoffemissionen sparen. Gleiches gilt für die Schifffahrt, wo die Verwendung von Schweröl abgelöst werden kann.

Wasserstoff im Energie- und Wärmebereich

Der Einsatz von Wasserstoff ist sehr vielseitig. Erneuerbare Energien lassen sich im System als chemische Energieträger abspeichern und zu einem anderen Zeitpunkt wieder in Strom umwandeln, etwa mittels Brennstoffzellen – und das vollkommen schadstofffrei. Daraus entsteht neben Strom auch Wärme für die weitere Anwendung. Regenerative Energien können somit variabel eingesetzt werden. Anwendungsgebiete dieser Technologie sind beispielsweise zeitgemäße Stadtteilkonzepte. Auch für den Klimaschutz eröffnet der Einsatz von Wasserstoff bei der Wärmeversorgung enorme Perspektiven.

Deutschland besitzt leistungsfähige gaswirtschaftliche Infrastrukturen, die ebenfalls für Wasserstoff geeignet sind! Das Gasleitungsnetz für den Verkehr hat eine Länge von etwa 500.000 Kilometern. In unterirdischen Kavernen, die knapp zwei Drittel des Volumens der deutschen Erdgasspeicher umfassen, könnte bis zu 100 Prozent Wasserstoff gelagert werden!

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