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Wasserstoff: Hydro-Hype für eine Zukunft ohne Emissionen


Glühbirne mit Wasserstrahl
@Unsplash

Das Element Wasserstoff als Antrieb und Energielieferant sind jenseits der diesjährigen IAA in München in aller Munde. Vor einigen Jahren schon stand der Stoff als Energieträger immer wieder kurz vor dem Durchbruch. Doch leider ist das verheißungsvolle Molekül mit den vielen Verwendungsmöglichkeiten in der Energiegewinnung immer wieder in der Versenkung verschwunden und keiner sprach mehr darüber. Doch so langsam bekommt die Wasserstoff-Technologie einen neuen Aufschwung und scheint in Zukunft viele Sektoren zu revolutionieren. Was er kann, wo er genutzt wird und welches Potenzial dahintersteckt.


Quick Facts zum Element Wasserstoff


Wasserstoff in seiner Grundform ist ein chemisches Element mit dem Buchstaben H, befindet sich in der 1. Periode der chemischen Elemente und kommt im Universum am häufigsten vor. Es ist durch sein häufiges Vorkommen und seine vielseitige Bündelung daher, im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, kein endlicher Rohstoff, sondern vielerorts und quasi unendlich verfügbar. Es kann zum Beispiel in Form von Wasser, Biomasse, oder Erdgas auftreten. In seiner Grundform ist es ein geruchsloses, durchsichtiges Gas, völlig ungiftig und viel leichter als Luft. Das Wasserstoff-Molekül kann erst durch vielseitige Methoden gewonnen bzw. aus seiner Verbundform abgespalten werden. Eine gebräuchliche Methode zur Herstellung von Wasserstoff ist beispielsweise die Elektrolyse oder das Reformierungsverfahren. Die Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff sind vielfältig, aber nicht immer emissionsfrei. Um von "grünem" bzw. emissionsfreiem Wasserstoff sprechen zu können, muss die Prozesskette aus rein nachhaltigen Quellen bestehen.

Weiterhin hat Wasserstoff, neben seiner weitreichenden Verfügbarkeit, noch mehr positive Eigenschaften: Er ist leicht transportabel und lässt sich in verschiedenen Formen komprimiert speichern und vielseitig verwenden. Generell bietet Wasserstoff enorme Potenziale für die Wärme -und Energieumwandlung. Erneuerbare Energien könnten so viel flexibler und optimal eingesetzt werden - durch die stoffliche Speicherung und spätere Verwertung in der Brennstoffzelle beispielsweise. Da die deutsche Gasinfrastruktur hoch entwickelt ist, bietet sich auch hier die potenzielle Möglichkeit das vielseitige Element für die spätere Verwendung zu speichern.


Mobilität


Nicht immer bietet sich ein elektrischer Antrieb an: Beim Schwerlast-Verkehr steht den tonnenschweren Fahrzeugen der immense Energieverbrauch gegenüber. Mithilfe der Brennstoffzelle im LKW-Antrieb kann man diese Herausforderung bewältigen. denn die Brennstoffzelle bietet einen hohen System-Wirkungsgrad, der deutlich über dem von Verbrenner-Motoren liegt. Zu synthetischen Kraftstoffen weiterverarbeitet bietet Wasserstoff zudem aber auch Antriebsmittel für Verbrenner-Motoren. Einige Firmen sind hier auf dem Vormarsch und stellen ihre marktreifen Wasserstoff-Technologien vor, wie beispielsweise die Firma Deutz: https://www.deutz.com/media/pressemitteilungen/der-wasserstoffmotor-von-deutz-ist-reif-fuer-den-markt. Im Zugverkehr werden in Bereichen ohne Oberspannungsleitung brennstoffzellenbetriebenen Vehikel eingesetzt und bieten damit eine umweltschonende Alternative zu den emissionsstarken Diesel-Loks. Erste vielversprechende Projekte setzen mittlerweile schon auf wasserstoffbetriebenen Zugverkehr. Natürlich bietet der Wasserstoff auch starkes Potenzial in der Automobilbranche für eine kommerzielle Nutzung. Auf der diesjährigen IAA in München wurde der aktuelle iX5 Hydrogen vorgestellt, der Nachfolger des 2019 auf der IAA in Frankfurt vorgestellten I-Hydrogen Next. Als BMW X5 soll das wasserstoffbetriebene Auto Ende 2022 auf den Markt kommen. https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/bmw-i-hydrogen-next-x5-fcv-wasserstoff/ Die Zurückhaltung beim Markteintritt der Hydrogen-Reihe würde allergings noch an der fehlenden Infrastruktur (H-Tankstellen) sowie an der teils mangelnden Verfügbarkeit von emissionsarmen bzw. emissionsfreiem Wasserstoff liegen. Auch hierbei gilt der Wettbewerb als Preistreiber und darüber hinaus muss das chemische Element in hinreichenden Mengen gewonnen und verfügbar sein. Hier hängt die Automobilbranche in Sachen Wasserstoffantrieb noch dem Elektro-Wandel hinterher. Eher werden Schwerlastbetriebe auf Langstrecken mit der Wasserstoff-Technologie versorgt, bevor der PKW-Verkehr die H-Innovation zu spüren bekommt.


Industrie


In der Industrie lautet die Devise: Dekarbonisierung von Prozessen, die nicht elektrifizierbar sind. In diesem Fall wird Wasserstoff unter anderem in der Chemieindustrie wie beispielsweise bei der Herstellung von Stickstoffdünger, bei der Verarbeitung von Mineralölen und synthetischen Kraftstoffen genutzt. Auch viele durch Erdöl betriebene Prozesse können durch wasserstoffbasierte Systeme ersetzt und dadurch umweltfreundlicher gestaltet werden. Hier ist bei der Stahlerzeugung und Ammoniakproduktion starkes Potenzial gegeben, um Kohle und Erdgas in der Produktion überflüssig werden zu lassen. Je mehr Prozesse der Industrie auf grünen Wasserstoff umgestellt werden, desto mehr CO² kann eingespart werden.


International


Nicht nur in der Europäischen Union werden Klimaziele neu definiert - weltweit verschreiben sich immer mehr Länder dem Klimaschutz und streben eine karbonfreie Wirtschaft an. Das Thema Wasserstoff rückt hierbei als verheißungsvoller Energielieferant in den Fokus. Der Weltenergierat (WEC) bestätigt, dass mehr als 20 Länder, die für die Hälfte der globalen Wirtschaftsleistung verantwortlich sind, eine internationale Strategie in Wasserstofftechnik verabschiedet haben. Einige Länder sind noch kurz davor, könnten aber durch den entstehenden Wirtschaftsdruck bald mitziehen. Russland, China, Norwegen und Marokko koppeln sich vom gemeinsamen Vorhaben ab und verfolgen derzeit eine eigene Strategie in puncto Wasserstoff-Technologie. Deutschland war lange in der Avantgarde der Wasserstofftechnik, doch andere Länder ziehen deutlich nach und überholen uns in Hinblick auf Wasserstoffstrategie & Innovation.


Power-to-X


Power-to-X bezeichnet verschiedene Technologien zur Speicherung bzw. Nutzung von Stromüberschüssen in Zeiten eines (zukünftigen) Überangebots an erneuerbaren Energien. Die Energien hierbei sind variabel, können also aus Windenergie, Solarenergie oder z.B. Wasserkraft bestehen. Hierbei steht P für die über dem Bedarf liegenden temporären Überschüsse und das X steht für die Energieform. Power-to-X soll im Grunde für die Dekarbonisierung von Wirtschaft und Industrie stehen. (vgl. Wikipedia/Power-to-X) Perspektivisch wird dieser Beitrag zum Umweltschutz national, so wie international immer etablierter und bietet Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Der Einsatz von Power-to-X soll einen großen Beitrag zur Einhaltung der Klimaziele des Pariser Klimaabkommen bis 2050 leisten und bis dahin das große Ziel der Nullemission unterstützen.


Alles grün?


Leider ist Power-to-X nicht per sé klimafreundlich und nachhaltig. Damit PtX klimafreundlich und sozialökonomisch produziert werden kann, müssen von Anbeginn allgemein gültige Regelungen eingehalten werden. Dadurch werden langfristige Investitionsanlagen geschaffen, denn nur Energiequellen aus Ökostrom können eine Klimaneutralität gewährleisten. Andernfalls kann die Energiebilanz auch schlechter als bei fossilen Brennstoffen ausfallen. Außerdem werden für die Herstellung große Mengen an Wasser benötigt. Demnach muss die Produktion in Ländern erfolgen, in denen Wasser ein gut zugänglicher und vor allem in ausreichenden Mengen vorhandener Rohstoff ist bzw. dort, wo Meerwasser praktischer entsalzt werden kann. Für die Herstellung ist außerdem Kohlendioxid nötig - dieses muss aus vorhandenen Prozessen in der Gewinnung nachhaltiger Biomasse stammen und für einen optimalen Kreislauf aus der Luft gewonnen werden. Aber auch die Nutzung der Flächen für Windanlagen und Solar müssen aus optimalen ökologischen und sozialen Gesichtspunkten betrachtet werden. Viele Entwicklungs- und Schwellenländer weisen ein enormes Potenzial auf, was nutzbare Böden und Flächen angeht. PtX würde diese Länder zeitgleich unabhängig von Erdgas und Erdöl machen und sie darüber hinaus dazu befähigen, ihre eigene Energie zu exportieren. Doch dafür muss eine lokale Wertschöpfung entstehen, damit sie langfristig von PtX-Projekten profitieren. Soziale Faktoren sowie ökologische und ökonomische Auswirkungen müssen jeweils fester Bestandteil des Monitorings bei Power-to-X sein. Nur so werden im internationalen Zusammenspiel sowohl Klima-, als auch wirtschaftliche Ziele erfolgreich verfolgt.


Eine aussichtsreiche Bilanz zum Thema Wasserstoff und Energiegewinnung? In jedem Fall wird deutlich, dass innovative Technologien rund um die Verwendung von Wasserstoff eine internationale Zusammenarbeit erforderlich machen. H-Infrastrukturen (Tankmöglichkeiten) sind nicht ausreichend vorhanden, bereits entwickelte Technologien sind nicht ausgereift und Potenzial scheint ungenutzt. Doch die Aussicht für eine grüne Zukunft mit Wasserstoff bleibt vielversprechend.


Zum Nachlesen


Was ist Wasserstoff genau und wie wird er erzeugt?

https://www.bdew.de/energie/wasserstoff/flexible-herstellung-was-ist-wasserstoff-und-wie-wird-er-erzeugt/

Mehr Infos zu Power-to-X

https://www.bmu.de/themen/klimaschutz-anpassung/klimaschutz/wasserstoff-und-power-to-x/gruener-wasserstoff-und-ptx


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