Der Redakteur | 28.06.2022 Energieträger Wasserstoff - der Überblick

Die Nummer eins im Periodensystem der Elemente gilt vielen auch als Trumpf zur Lösung von Energieknappheit. Doch was kann Wasserstoff wirklich, was weniger gut und was ist noch ein Fall für Forschung und Pilotprojekte?

Wasserstoff- und Sauerstoff-Moleküle sind schematisch auf den Sitzen im Vorserienzug des neuen Wasserstoffzugs vom Typ Coradia iLint dargestellt
Dieser Zug fährt mit Wasserstoff. Die Fahrgäste merken eigentlich keinen Unterschied - nur die Sitzbezüge deuten mit dem H2-Logo darauf hin. Bildrechte: dpa

Den Angehörigen der "Gibt’s schon-Fraktion" sei gesagt: Ja, Wasserstoff und dessen Nutzung ist schon lange erfunden, die Elektrolyse schon im Jahre 1800, etwas später kam das E-Auto und noch später erst der Verbrenner. Und dass schon vor Jahrzehnten Wasserstoffautos durch die Gegend gefahren sind, das stimmt, dass sie sich nicht durchgesetzt haben, das stimmt aber auch.

Und das liegt nicht daran, dass irgendwelche dunklen Mächte die Entwicklung behindert haben, sondern u.a. daran, dass die Prozesse zum Beispiel zur Wasserstoffproduktion energieintensiv und damit teuer sind und die industrielle Skalierung auch eine Herausforderung ist. Auch muss das Fertigprodukt Gas am Ende dorthin, wo die Abnehmer sitzen und das zu einem Preis, den die auch bereit sind zu zahlen. Und was im Schiff oder Kraftwerk wirtschaftlich ist, muss es im Auto noch lange nicht sein. Und noch etwas kommt hinzu: Die Notwendigkeit der Energiewende ist für die bisherigen Empfängerländer russischen Erdgases so offensichtlich wie nie.

Warum nicht einfach ein Wasserstoffauto?

Nun sind die Entscheidungsträger in den verschiedenen Industrien einschließlich der Automobilbranche keine Anfänger. Und auch die jüngsten Analysen von namhaften Instituten wie dem Fraunhofer-Institut bestätigen das, was die Physik vorgibt. Beim E-Auto fließen 75 Prozent der grün produzierten Energie in den Tank, beim Wasserstoff-Auto mit Brennstoffzelle sind es nur 25 Prozent.

Geteiltes Bild: Oben ein Auto wie ein SUV im Stadtverkehr mit Wasserstoff-Antrieb-Werbung, unten ein weißer Tesla, eine flache Limousine beim Fahren mit viel Bewegungsunschärfe drum herum
Wasserstoff mit Brennstoffzelle kann noch nicht gegen E-Autos bestehen. Bildrechte: imago images/Jochen Eckel, Stefan Zeitz (M); MDR

Denn Energielieferanten sind in beiden Fällen Sonne (Photovoltaik) und Wind und die Umwandlungsprozesse Strom-Wasserstoff-Strom sind energieintensiv. Auch muss die erforderliche Menge an grünem Wasserstoff (aus regenerativen Energien) erstmal in Größenordnungen produziert werden können.

Wir müssen also gut überlegen, was wir damit machen. Noch vor wenigen Monaten, also vor dem Ukraine-Krieg, gab es (fast) keinen Grund, quasi neben den Verbrennermotoren auch gleich noch die Industrie mit umzustellen. Und (fast) niemand hat sich wirklich daran gestört, dass der Wasserstoff in den Wasserstoffautos in der Regel aus Erdgas produziert wird. Während beim PKW die Entscheidung für die Batterie gefallen zu sein scheint, ist es beim LKW noch unklar. Am Ende ist es auch hier eine Kostenfrage, eine Frage der Reichweite und der globalen Verfügbarkeiten. Denn es wäre fatal, wenn die LKW-Flotten mit den Schiffen oder Flugzeugen um knappe Ressourcen kämpfen würden und man hätte es in der Hand gehabt, einen anderen Weg einzuschlagen.

Womit werden wir künftig fliegen?

Dass unsere Containerschiffe und unsere Flugzeuge mit elektrischen Batterien unterwegs sein werden, das ist nicht zu erwarten. Auch können nicht alle Industrien und Anwendungen auf die verbrennungsfreie Energiequelle Strom umgestellt werden. Das werden die Branchen sein, die auf Wasserstoff bzw. den daraus produzierten Produkten angewiesen sind.

Um am Ende zum Beispiel grünes Kerosin für Flugzeuge und Schiffe zu erhalten, ist CO2 nötig, auch dafür müssen Produktionskapazitäten geschaffen werden, die am Ende auch den Bedarf abdecken können. Und es braucht bestenfalls Leitungskapazitäten, mit deren Hilfe die Treibstoffe dorthin gebracht werden, wo sie gebraucht werden. Ein Gasleitungsnetz wie das europäische ist da ein gewaltiges Pfund.

Was wird aus unserem Gasnetz?

An dieser Stelle können wir uns nur selbst beglückwünschen. Mit vergleichsweise geringem Aufwand ist es nämlich möglich, unser hochmodernes Erdgasnetz für andere Gase, also eben auch für Wasserstoff zu nutzen. Einschließlich der unterirdischen Gasspeicher.

Gasleitungen mit Absprerrventilen
Erdgasinfrastruktur - Chancen auch für den Wasserstofftransport Bildrechte: dpa

Ganz konkret wird das gerade in Thüringen umgesetzt mit dem Projekt TH²ECO. Zwischen Marolterode und Kirchheilingen gibt es einen alten Porenspeicher, der eigentlich schon stillgelegt werden sollte, der aber nun zum Vorzeigeobjekt für die Energiewende wird. Benachbarte Windräder liefern den nötigen grünen Strom, aus dem per Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wird. Der so gewonnene grüne Wasserstoff soll dann in dem alten Erdgasspeicher zwischengelagert werden und bedarfsorientiert durch eine 42 Kilometer lange vorhandene Erdgasleitung in das GuD Heizkraftwerk in Erfurt geleitet werden.

Windrad 12 min
Bildrechte: imago images/Geisser
12 min

Müllautos und Busse in Weimar, Nordthüringer Windstrom für speicherbaren Wasserstoff - zwei der angestoßenen Thüringer Wasserstoffprojekte, die TEAG-Sprecher Martin Schreiber beschreibt.

MDR THÜRINGEN - Das Radio Di 28.06.2022 13:16Uhr 11:51 min

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Schon 2025 soll ein Großteil der Erfurter Wohnungen, die ans Fernwärmenetz angeschlossen sind, auf diesem Wege beheizt werden. Und wir haben nur ein Gasnetz, aber mittelfristig mindestens zwei Gase, Erdgas und Wasserstoff, die noch eine ganze Weile parallel transportiert werden müssen. Kein Problem, sagt da das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden.

Wir mixen die Gase und trennen sie kurz vor den Verbrauchern wieder. Klingt völlig verrückt, ist aber technisch gelöst. Stichwort Sieb. Wenn die einzelnen Teilchen eine unterschiedliche Größe haben, wäre das eine Möglichkeit. Wasserstoff ist sehr klein, würde also in einem solchen "Sieb" als letztes durchgehen. Aber es geht auch eleganter und chemischer.

Wasserstoff kann zum Beispiel durch einige Materialien durch, durch die anderes nicht kann. Palladium zum Beispiel

Karl Skadell Wasserstoffexperte Fraunhofer IKTS Arnstadt

Am Standort in Arnstadt beschäftigt man sich mit der Skalierung von Prozessen. Das klingt etwas abstrakt, hat aber einen sehr aktuellen Hintergrund. Alles, was wir jetzt brauchen, das soll nicht nur schnell, sondern auch in großen Mengen kommen und deshalb ist es wichtig, von der Prototypenphase schnell in die Massenproduktion zu kommen. Es ist ein Unterschied, ob ich Anlagen für ein paar tausend Liter hinstelle oder für hunderte Millionen.

Was ist mit dem Wasserstoffspeicher zu für Hause?

Der Wasserstoffbereiter für den Keller ist schon weiter, als man denken könnte. Die HPS Home Power Solutions AG hat für ihre Picea-Anlage u.a. schon den Innovationspreis Berlin Brandenburg gewonnen und hat ein fertiges und förderfähiges Produkt, das eine unabhängige Energieversorgung eines Haushalts sicherstellen kann.

Im Kern liefert eine Solaranlage den Strom, der wird – wenn er nicht verbraucht wird – in einer Energiezentrale im Haus, die nicht größer ist als eine Heizungsanlage älteren Typs, zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff genutzt. Der Wasserstoff kommt dann in normale Gasflaschen, die quasi blockweise zusammengeschaltet werden. Und wenn es Nacht ist oder Winter, dann läuft der Prozess quasi rückwärts und eine Brennstoffzelle liefert Strom und Wasser. Auch die Abwärme der chemischen Prozesse wird zum Heizen genutzt, grüner geht’s nicht.

Sunfire GmbH Aggregat zur Hochtemperatur-Elektrolyse zur Wasserstoffherstellung 10 min
Bildrechte: IMAGO / Sylvio Dittrich

Und sicher sei es auch, sagt der TÜV, und Vorstandchef Zeyad Abul-Ella verweist darauf, dass wir auch mit Erdgas sorgsam umgehen müssen. Sein System sei sogar noch sicherer.

Die Speichertechnologie, die wir einsetzen, gibt es im industriellen Maßstab schon sehr lange und sie ist sehr sicher.

Zeyad Abul-Ella HPS Home Power Solutions AG

Während Wasserstoffautos mit 700 bar unterwegs sind, reichen hier 300 bar und anders als ihre Schwestern werden die standorttreuen Gasflaschen nicht per LKW über die Piste geschaukelt, sondern stehen verkleidet irgendwo an einer Hauswand.

Was ist mit dem Wasser, mangelt es da nicht gerade?

Die HPS-Anlage für das Einfamilienhaus verbrauche im Jahr ungefähr einen Kubikmeter Wasser. Das ist keine Größenordnung, die diese Technologie verhindern sollte. Ansonsten ist die Frage natürlich berechtigt, in der Wüste wird es schwierig, es sei denn, sie geht direkt in den Strand über. Angesichts der gefühlten Wasserknappheit weltweit ist es auch klug, wenn man die Wasserstoffproduktion vielleicht nicht gerade in niederschlagsarmen Gebieten aufbaut. Aber die Kombination Meer + Wasserentsalzungsanlage (die praktischerweise auch gleich die Wasserversorgung der Region sicherstellt) ist eine erste gute Voraussetzung.

Ein riesiges H und eine riesige 2 schwimmen in einem Meer.
Wasserstoffproduktion - Küsten könnten die geeigneteren Standorte sein Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Andreas Wagner, Wasserstoff-Experte der Energy Transitions Commission, eines globalen Zusammenschlusses führender Persönlichkeiten der Energielandschaft, geht davon aus, dass die Meerwasserentsalzung je Kilogramm Wasserstoff zwei US-Cent kostet. Bei einem Preis von 1,50 bis zwei Dollar je Kilogramm grüner Wasserstoff sei das erschwinglich. Bei einem geschätzten weltweiten Wasserstoffbedarf von 800 Millionen Tonnen im Jahre 2050 würden für die Elektrolyse laut Wagner elf Milliarden Tonnen Wasser pro Jahr benötigt. Das sind 0,7 Prozent des weltweiten Süßwasserbedarfs von Industrie, Landwirtschaft und privaten Haushalten. Zum Vergleich: Öl- und Gasförderung verbrauchen derzeit 18 Milliarden Tonnen Wasser pro Jahr und diese Produktion soll ja stückweise abgebaut werden.

Es tut sich also gerade richtig etwas und rückblickend betrachtet werden Historiker vielleicht einmal bilanzieren, dass ausgerechnet Putins Krieg gegen die Ukraine den entscheidenden Anstoß gegeben hat für die globale Energiewende und die Klimarettung. Ganz sicher hätte er das aber auch anders schaffen können, indem er zum Beispiel angeboten hätte, in Taiga und Tundra Windräder zu bauen, die Pipelines dieser Welt mit grünem Wasserstoff zu befüllen.

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MDR (csr)

Dieses Thema im Programm: MDR THÜRINGEN - Das Radio | Ramm am Nachmittag | 28. Juni 2022 | 16:40 Uhr

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