Wasserstoff
Innovation
Wasserstoff
Erinnern Sie sich an die Knallgas-Reaktion im Chemie-Unterricht? Genau um diese Energie, die bei dem Knall frei wird, geht es. Denn Wasserstoff speichert Energie. Wind- und Solarstrom wird zur Produktion von grünem Wasserstoff genutzt.
Wasserstoff kann als Kraftstoff dienen, wo man mit Batterien an Grenzen stößt. Oder man nutzt ihn in der Industrie. Aber: Grüner Wasserstoff ist im Sortiment der Erneuerbaren „der teuerste Champagner im Regal“.
Wasserstoff
Wasser mit Stoff
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Eishöhle unter dem Breidemerkurjokull-Gletscher Ost-IslandErinnern Sie sich an die Knallgas-Reaktion im Chemie-Unterricht? Genau um diese Energie, die bei dem Knall frei wird, geht es. Denn Wasserstoff speichert Energie. Wind- und Solarstrom wird zur Produktion von grünem Wasserstoff genutzt.
Wasserstoff kann als Kraftstoff dienen, wo man mit Batterien an Grenzen stößt. Oder man nutzt ihn in der Industrie. Aber: Grüner Wasserstoff ist im Sortiment der Erneuerbaren „der teuerste Champagner im Regal“.
Farbenlehre
Die ganze, bunte Palette
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Windenergieanlagen auf dem Schauinsland, Baden-WürttembergGrüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Der Strom für die Elektrolyse stammt nur aus erneuerbaren Energien. Dann ist der Strom CO2-frei und nur dann ist Wasserstoff klimaneutral. Aber es gibt noch mehr Farben.
Bei grauem Wasserstoff werden fossile Brennstoffe bei der "Dampfreformierung" unter Hitze zu CO2 und Wasserstoff umgewandelt. Das CO2 gelangt ungenutzt in die Atmosphäre. Jedes kg grauer Wasserstoff verursacht 10 kg CO2.
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, nur das CO2 wird gespeichert. Das CO2 lässt sich z.B. in ausgebeuteten Erdgasfeldern im Boden verpressen. Diese Speicherung wird "CCS" ( "Carbon Capture and Storage") genannt. Blauer Wasserstoff wäre CO2-neutral, wenn es dauerhaft im Boden verbleibt. Das ist unklar.
Türkiser Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan (Erdgas) gewonnen. Statt CO2 entsteht ein fester Kohlenstoff. Klimaneutral ist türkiser Wasserstoff nur, wenn die Wärme des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energien stammt. Zudem ist die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs notwendig.
Ob blau, grau oder türkis, dieser Wasserstoff basiert immer auf fossilen und damit endlichen Rohstoffen. Nur grüner Wasserstoff ist wirklich klimaneutral und nur darum kann es gehen. Sonst könnte man ja bei den fossilen Energieträgern bleiben.
Eigenschaften
Wellenreiter
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Oahu, Hawaii, USAWasserstoff (H2) ist das häufigste Element des Universums. Wasserstoff bildet 75% der gesamten Masse bzw. 93% aller Atome des Sonnensystems. Jetzt ist Wasserstoff „in“. Warum machen so viele darum eine große Welle?
Wasserstoff ist leicht und hat eine enorme Energiedichte. Daher ergeben sich für Wasserstoff vielfältige Einsatzmöglichkeiten, um die CO2-Emissionen deutlich zu senken. Grüner Wasserstoff kann in der Industrie (Stahl, Zement, Chemie usw.) als alternativer Brennstoff Öfen anfeuern oder zusammen mit CO2, z.B. als Baustein von Polymeren, fossile Rohstoffe in der Chemieindustrie zu ersetzen.
Grüner Wasserstoff lässt sich mit Brennstoffzellen in Strom und Wärme umwandeln. So lassen sich Schwankungen im Stromnetz ausgleichen, Häuser beheizen und mit Elektrizität versorgen. Grüner Wasserstoff kann als Kraftstoff im Verkehr eingesetzt werden – gerade dort, wo eine Elektrifizierung nicht sinnvoll oder möglich ist, also z.B. bei Flugzeugen, Schiffen und Zügen.
Wasserstoff lässt sich mit einigem Aufwand speichern und transportieren und ist – nur bei grünem Wasserstoff – ein emissionsfreier mobiler Energieträger, der keine Schadstoffe oder giftigen Abfälle hinterlässt und daher umweltverträglich ist.
Es gibt also viele attraktive Anwendungsfelder.
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Champagner als Kraftstoff
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Champagner-Haus Jacquart, Reims, Champagne-Ardenne, FrankreichAn einer H2-Tankstelle zahlen Sie rund 10 Euro pro kg. Produktion, Transport, Abgaben, Netzentgelte, Steuern und der Strom für die Herstellung kosten nun mal viel Geld. Wasserstoff ist eine teure Tasse Tee. Oder besser Champagner!
Zur Erzeugung von 1 kg Wasserstoff werden ca. 55 kWh Strom benötigt. Der Wirkungsgrad liegt bei 60%, denn 1 kg H2 enthält 33,3 KWh Energie. Das ist ungefähr das 3-fache des Energiegehalts eines Liters Diesel. Dann ist die Rechnung plötzlich schlicht. Wasserstoff ist gegenüber Diesel konkurrenzfähig, wenn der Diesel über 3,33 Euro pro Liter kostet. Man muss sich also was einfallen lassen.
Der Erzeugungspreis von grünem H2 variiert laut der Internationalen Energieagentur zwischen 2,8– 6,2 € pro kg H2. In Afrika - oder Australien - ist Solarstrom günstiger, was dann auch H2 billiger macht. Dann ist der Wasserstoff aber in Afrika. Ob Pipelines, LKW oder mit Schiffen, man braucht eine Infrastruktur, die es noch nicht gibt und die Geld kostet. Die Produktion von H2 im Inland ist dabei klar im Vorteil.
H2 kann man verflüssigen. Dann ist die Dichte mit 71 kg/m³ wesentlich höher, aber man braucht –253 °C. Das kostet Geld. Durch Verdichten auf 700 bar können kleine Mengen in H2-Tanks, z.B. in Pkw, verpresst werden. Das ist keine Lösung für einen Transport aus Afrika – oder Australien. Eine Pipeline von Marokko oder Namibia bis nach Deutschland bauen? Dann viel Spaß beim Planen.
Schlichter ist die Speicherung in großen Kavernenspeichern unter Tage. Das ist als Reservehaltung für die Stromproduktion sinnvoll. Für H2 aus Afrika ist das aber keine Lösung. Weitere Forschung wird den Wirkungsgrad von 60% noch steigern und die Kosten senken. Aber die technischen Probleme bleiben gewaltig und grüner Wasserstoff wird der teuerste Champagner im Regal der Erneuerbaren bleiben.
Anwendungen
Für die besonderen Anlässe
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Palma de Mallorca, SpanienAuch für teuren Champagner gibt es einen Markt. Er wird für die besonderen Anlässe gebraucht - nicht für den Alltag. Champagner trinkt man, wenn es etwas zu feiern gibt und jedes andere Getränk dieses nicht würdig ersetzen könnte.
So ist es auch mit grünem Wasserstoff. Vieles lässt sich elektrifizieren, manches nicht. Drei wesentliche Anwendungsbereiche lassen sich unterscheiden.
Grüner Wasserstoff kann in Flugzeugen, Schiffen und Zügen sinnvoll eingesetzt werden. Hier ist der Energiebedarf für Batterien zu hoch. Grüner Wasserstoff sollte in der industriellen Produktion da eingesetzt werden, wo kein anderer klimaneutraler Brennstoff bereitsteht. Oder man entwickelt neue Produkte.
Beispiel Zement: Wäre Zementproduktion ein Land, so wäre dieses der drittgrößte Emittent nach China und den USA. Kann man nicht Zement durch einen anderen, klimaneutralen Baustoff ersetzen? Vielfältige Forschungen laufen dazu weltweit.
Wasserstoff ist neben Biomethan das beste Speichermedium, um schwankenden Überschussstrom aus Wind und Sonne zu nutzen. Bei der Rückverstromung von Wasserstoff ist der elektrische Wirkungsgrad mit ca. 20-25% zwar sehr schlecht, der so erzeugte Strom wäre überaus teuer. Aber es wären die entscheidenden Strommengen für eine 100% sichere Versorgung. Der besondere Anlass halt.
Das ist schon einen Schluck Champagner wert. Es sei denn, es lassen sich auch hierfür bessere Alternativen finden. Denn schon der französische Schriftsteller Honore de Balzac (1799-1850) stellte fest:
„…Großartige Liebesaffären starten mit Champagner und enden mit Kräutertee…“.
