Wasserstoff H2 Wasserstofftanks im Vordergrund
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Das kleinste chemische Element soll die klimaneutrale Zukunft befeuern: Ohne Wasserstoff keine Energiewende, keine Verkehrswende und keine Wärmewende. In vielen Produktionsprozessen der Schwerindustrie soll das Gas die CO2-Emissionen ablösen. Und wenn die Importinfrastruktur aufgebaut ist, dann können Wind- und Sonnenenergie an den besten Standorten der Welt ihren Beitrag dazu leisten.

Manche sagen, Wasserstofftechnologien seien ein alter Hut. Sie hätten sich doch nicht durchgesetzt, weil zu teuer, zu gefährlich und zu kompliziert in der Handhabung. Andere wiederum glauben, dieses kleine chemische Element werde Brücken zwischen vielen Bereichen bauen. Es habe das Potenzial die Welt zu verändern.

Reiner Wasserstoff (H2) ist das erste Element im Periodensystem der chemischen Elemente. Es kommt in der Natur am häufigsten vor. Die meisten Berührungspunkte haben wir mit ihm in Form von Wasser (H2O). Wasserstoff enthält mehr Energie pro Gewichtseinheit als jeder andere chemische Brennstoff. Wasserstoff ist aber keine primäre Energiequelle, sondern muss erst einmal gewonnen werden.

Szenenwechsel: Als einer der führenden Industriestaaten der Welt braucht Deutschland viel Energie in Form von Elektrizität, Wärme und Treibstoffen. Damit decken wir unsere täglichen Bedarfe und produzieren für die Welt vielfältige Produkte. Das hat uns Frieden und Wohlstand beschert. Politisch haben wir beschlossen, uns aktiv von dem Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) und weiteren schädlichen Gasen zu verabschieden. Wir möchten langfristig einen Weg mit mehr Nachhaltigkeit und weniger Umweltzerstörung gehen. Unsere benötigte Energie haben wir bisher im Wesentlichen durch Kernkraft-, Kohle- und Gaskraftwerke erhalten.

In den letzten Jahren haben neue Energiewandlungsformen zunehmend Bedeutung erhalten. Photovoltaik-, Solar-, Biomasse-, Wasser- und Windkraftanlagen sind stetig weiterentwickelt worden und haben einen kleinen Teil der benötigten Energie bereitgestellt. Dieser Weg soll weiter beschritten werden

Die bisher genutzten fossilen Brennstoffe haben allerdings einen Vorteil, den die erneuerbaren Energien so nicht haben. Sie speichern Energie, sind transportabel und international handelbar. Hierbei ist wichtig zu wissen, dass Deutschland rund 70 Prozent der Energie(träger) an internationalen Märkten einkauft und auch weiterhin Energie für unseren Wohlstand und industrielle Produktionen einkaufen muss.

Wasserstoff ist ein Energiespeicher und ist transportabel. Wasserstoff kann überall auf der Welt mit Hilfe der erneuerbaren Energien erzeugt werden und kann international gehandelt werden. Und wenn Wasserstoff eingesetzt wird, entsteht als „Abfallprodukt“ lediglich Wasser.

Zur Erzeugung von Wasserstoff kommen momentan im Wesentlichen zwei Verfahren in Frage. Zum einen wäre da die Dampfreformierung zu nennen, die bereits heute unter zu Hilfenahme von fossilem Erdgas große Mengen an Wasserstoff in industriellem Maßstab produzieren kann. Bei diesem Verfahren wird H2O mit Methan (CH4) als Hilfsstoff in einem chemischen Prozess gespalten, sodass dabei H2 und CO2 übrigbleiben. Das Problem hierbei ist der Einsatz von fossilem Erdgas, was wiederum CO2-Emissionen bedeutet. Zwar könnte man dieses fossile Erdgas durch Biogas ersetzen, hierfür fehlen jedoch noch die entsprechenden Mengen und Erzeugungskapazitäten. Hierfür könnten beispielsweise aus der EEG-Förderung fallende Biogasanlagen genutzt werden.

Das zweite Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse. Bei der Elektrolyse wird Wasser unter zu Hilfenahme von elektrischem Strom aufgespalten. Die Endprodukte sind der gewünschte Wasserstoff und Sauerstoff (O2). Der Wirkungsgrad dieser chemischen Reaktion liegt wohl je nach Verfahrensaufbau zwischen 60 % und 85 %. Das bedeutet, dass etwa 60 % bis 85 % der Energie des elektrischen Stroms in chemische Energie des Wasserstoffs umgewandelt werden können. Da bei der Trennung des Wassermoleküls immer Energie benötigt wird, kann dieser Wirkungsgrad nicht weiter verbessert werden. Die Kosten zur Herstellung solcher Anlagen lassen sich jedoch sehr wohl weiter reduzieren und standardisieren.

In Europa existiert ein gut ausgebautes Erdgasnetz (zum Vergleich: Stromnetzkapazität 18 Gigawatt, Erdgasnetz 75 Gigawatt). Und es gibt sehr gute Erdgasspeicher (zum Vergleich in Deutschland: Stromspeicherkapazität wenige Minuten, Gasspeicher bis zu drei Monaten). Damit könnte bald per Offshore-Windkraft von der Nord- und Ostsee Energie auch in unsere südlichen Bundesländer transportiert werden. Mittlerweile gibt es auch Speichermöglichkeiten in Gebinden. Eine Technologie, die sogenannten Metall-Hybrid-Speicher, sind maßgeblich an der Fachhochschule Südwestfalen, H2Energy – Zentrum für Wasserstoff-Mobilität, entwickelt worden.

Für den Einsatz von H2 als Träger von Wärme- und Prozessenergie oder zum Antrieb gibt es mehrere technische Möglichkeiten. Man kann ihn in Kolbenmotoren verbrennen und dadurch in Antriebsenergie für Maschinen umwandeln. Oder er wird durch Brennstoffzellen wieder zu Strom umgewandelt. So kann H2 zum Beispiel in der Stahlerzeugung zur Vermeidung von produktionsbedingten CO2-Emissionen eingesetzt werden.

Rund 35 Milliarden Euro pro Jahr verursacht die Abgabe überschüssigen Stroms an den europäischen Markt und die Entschädigung von Wind- und Photovoltaikanlagenbetreiber bei elektrizitätsbedingter Abschaltung. Das sind Volkswirtschaftliche Ausgaben, die nicht notwendig wären. Elektrolyseure sind elektrisch schnell reagierende Systeme. Technisch können sie in Zukunft einen erheblichen Beitrag zur Stromnetzstabilität und damit zur Versorgungssicherheit beitragen. Auch die geostrategischen Vorteile sind nicht von der Hand zu weisen. In ärmeren, sonnen- und windreichen Ländern und in Ländern, die die heutigen Energierohstoffe verkaufen, könnte die Wasserstoffproduktion eine sinnvolle und klimaschonende Lösung sein.

Mit den Wasserstoffstrategien von Land, Bund und Europa könnte das kleine H2 zu einer großartigen europäischen industriepolitischen Antwort auf die Pariser Klimaziele werden.


Serge Esterlein
M.Sc.
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Michael Beringhoff
Dipl.-Ing.
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Weiterführende Links

Die Position des DIHK zum Thema Wasserstoffwirtschaft finden Sie hier.

Ein Faktenpapier der Deutschen Energie-Agentur (dena) finden Sie hier.