Wasserstoff
Umstrittener ‚Champagner der Energiewende‘
Automobile mit Brennstoffzellenantrieb sind selten, die Produktion des notwendigen Wasserstoffs kompliziert und kostspielig: Er könnte aber die künftige Mobilität umwälzen und neugestalten, zu Land, zu Wasser und in der Luft. Beim Thema Brennstoffzelle liegen die Meinungen weit auseinander, die einen betrachten Wasserstoff als eine endlose verfügbare Ressource, mit der emissionsfreie Mobilität Wirklichkeit werden kann. Skeptiker und Kritiker halten den Wasserstoffantrieb für überbewertet und maßlos überschätzt und nicht wirklich reif für den mobilen Massenbetrieb. In den vergangenen zwei Jahren haben sich jedoch die politischen Rahmenbedingungen für die Markteinführung der Wasserstofftechnologien vor in Europa und in Deutschland erheblich verbessert. Vor allem die Produktion von grünem Wasserstoff steht im Zentrum vieler Initiativen – wie dem europäischen Green Deal und der Nationalen Wasserstoffstrategie in Deutschland, aber auch die Anstrengungen in Asien – vor allem in China und Japan – nehmen weiter zu.
Die Nationale Wasserstoffstrategie ist aber breit angelegt und fördert neben grünem Wasserstoff auch andere CO2-arme Wasserstoffherstellungsrouten, die Nutzung im Verkehr, in der Industrie und in Haushalten, sowie Konversionstechnologien wie Brennstoffzellen, Gasturbinen und Motoren. Die Planungen für die notwendigen Elektrolyseanlagen gehen dabei in diesem Jahr erstmals in den Gigawatt-Bereich. Die Summe der verkauften Brennstoffzellenleistung überschreitet zudem in diesem Jahr zum ersten Mal die 1-Gigawatt-Grenze, wovon der größte Teil auf den Transportsektor entfällt.
Energiewende mit grünem Wasserstoff
Wasserstoff ist Treibstoff und Energieträger der Zukunft, das ist zumindest die Überzeugung der Europäischen Kommission. In einem Bericht hat sie vor zwei Jahren dargelegt, dass der Weg der EU in eine klimaneutrale Zukunft ohne Wasserstoff wohl nicht möglich sein wird. Sie hat Wasserstoff als „das fehlende Teil des Puzzles auf dem Weg zu einer vollständig dekarbonisierten Wirtschaft“ bezeichnet. Der Energieträger soll dabei helfen, jene Wirtschaftssektoren zu dekarbonisieren, die sich nicht direkt elektrifizieren lassen.
Das Element mit dem Symbol „H“ ist das häufigste chemische Element im Universum. Es besteht lediglich aus einem Proton und einem Elektron. Schön und einfach, aber dieses geruchlose und farblose Gas hat es in sich. Jedes Kilogramm Wasserstoff oder H2 enthält etwa 2,4-mal so viel Energie wie Erdgas. Auf der Erde ist ein Großteil des Wasserstoffs in Meeren, Ozeanen, Seen und Flüssen gebunden. Denn dort geht Wasserstoff eine Verbindung mit Sauerstoff ein – und wird so zu H2O, also Wasser. Tatsächlich ist Wasserstoff ein sauberer, vielseitiger Brennstoff, der keine direkten Treibhausgasemissionen erzeugt – zur Freisetzung der Energie wird lediglich Sauerstoff benötigt, und das einzige Nebenprodukt ist Wasser.
Um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, benötigen ihn Abnehmer als Gas. Dafür muss die Verbindung mit Wasser „rückgängig“ gemacht werden. Mithilfe von Strom kann der Wasserstoff vom Sauerstoff getrennt werden – Fachleute sprechen dabei vom „Abspalten“. Das Verfahren, mit dem das gelingt, nennt sich Elektrolyse oder auch „Power-to-Gas“. Wenn der dabei eingesetzte Strom „grün“ ist – also aus erneuerbaren Energiequellen stammt –, dann ist auch das Ergebnis „grün“. Mit der Energie aus Sonne oder Wind kann also klimaneutral Grüner Wasserstoff.
Auf die Herstellung kommt es an
Die H2- Produktionsmethoden, die von sauber bis schmutzig reichen, werden der Einfachheit halber in Farben eingeteilt. Die heute am häufigsten verwendete Form von H2 (ca. 95 Prozent) wird als grauer Wasserstoff bezeichnet. Jede Tonne der grauen Variante verursacht etwa 10 Tonnen CO2-Emissionen, da der Produktionsprozess – auch bekannt als „Steam Methane Reforming“ oder SMR – auf Gas oder fossile Brennstoffe zurückgreift. Blauer Wasserstoff klingt hingegen viel sauberer. Aber der erste Eindruck täuscht. Eigentlich handelt es sich dabei um grauen Wasserstoff, dessen CO2-Emissionen aus dem Produktionsprozess aufgefangen und unterirdisch gespeichert werden (Carbon Capture and Storage, CCS). Befürworter sehen in dieser Variante allerdings eine geeignete Übergangstechnologie, bis genügend grüner Wasserstoff zur Verfügung steht. Grüner Wasserstoff ist die einzig sinnvolle Variante, wenn es darum geht, CO2-Emissionen nachhaltig zu verringern. Denn grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff) mit erneuerbarer Energie hergestellt.
Vielseitig verwendbar
Es viele Bereiche, in denen Wasserstoff fossile Energieträger ersetzen könnte. In Verbindung mit einer Brennstoffzelle lassen sich mit ihm Autos und Lkw antreiben. Verbrennt man das Gas, kann man Gebäude heizen und Wärme für industrielle Prozesse erzeugen. Aus Wasserstoff und Kohlendioxid lassen sich synthetische Treibstoffe für den Schiffs- und Flugverkehr herstellen. Die chemische Industrie braucht Wasserstoff, um beispielsweise Düngemittel zu synthetisieren. Und nicht zuletzt eignet sich Wasserstoff zur Speicherung von erneuerbaren Energien.
Mit Wasserstoff
betriebene
Brennstoffzellen
für die Mobilität
Wasserstoff wird sich als Energieträger in bestimmten Fahrzeugklassen etablieren, vor allem im Nutzfahrzeugbereich. Automobilzulieferunternehmen und OEMs arbeiten heute mit zum Teil umfangreichen Kooperationen, in erster Linie, um die Brennstoffzellentechnik und die zugehörigen Komponenten zu entwickeln. Eine Studie des Beratungsunternehmens FEV Consulting hat allein für den Einsatz von Brennstoffzellen im PKW ein Umsatzpotential im Jahr 2040 von elf Milliarden Euro in Europa, etwa 70 000 Arbeitsplätze könnten geschaffen werden. Auch BMW hält an der Brennstoffzelle als Alternative zur Batterie fest und will 2025 eine neue Generation elektrischer Fahrzeuge auf den Markt bringen. Wasserstoff könnte dabei eine Rolle spielen, erklärte BMW-Chef Zipse jüngst.
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