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Grüner Wasserstoff: Mögliche Einsatzfelder für E-Fuels wie Ammoniak und Methanol

Klimaneutraler Energieträger als Basis für E-Fuels
Grüner Wasserstoff – Einsatz, Transport und Lagerung

Wasserstoffmolekül
Wenn die Energie für die Elektrolyse vollständig aus erneuerbaren Energien, etwa Solar- und Windkraft, stammt, spricht man von grünem Wasserstoff. Bild: Corona Borealis/ stock.adobe.com

Auf dem Weg, das von der Bundesregierung definierte Klimaziel – die Treibhausgase bis 2030 um 65 Prozent gegenüber 1990 zu senken – erreichen zu können, gilt ein chemisches Element als Hoffnungsträger: grüner Wasserstoff. Als Basis für die Erzeugung von E-Fuels wie Ammoniak und Methanol bietet er eine Fülle von Einsatzszenarien. Welches Produkt sich am besten für welchen Einsatz eignet und was es bei Lagerung und Transport zu beachten gilt, weiß Cyril Dufau-Sansot, CEO von Hy2gen.

Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von H₂O und die Aufspaltung in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Man spricht von grünem Wasserstoff, wenn die Energie für die Elektrolyse vollständig aus erneuerbaren Energien stammt. Zur Energiegewinnung wird Wasserstoff in einer Brennstoffzelle, die wiederum eine Batterie speist, verbrannt. Diese kann anschließend zum Betrieb eines Motors genutzt werden. Ein weiteres Einsatzszenario für Wasserstoff findet sich in der Industrie. Bei der Stahlgewinnung kann statt Kohle Wasserstoff genutzt werden, um Hochöfen mit Energie zu versorgen. Um langfristig auf grüne Alternativen umstellen zu können, müssen sich Unternehmen die Frage stellen, wie sie ihre Lagerungsprozesse, Logistik und Produktion verändern müssen.

Wie wortwörtlich brandgefährlich Wasserstoff in Kombination mit Sauerstoff wird, kennen die meisten noch aus dem Chemieunterricht bei der Knallgasprobe. Damit Wasserstoff komplikationslos transportiert und gelagert werden kann, muss er verflüssigt werden. Das geht erst bei Temperaturen ab –253° C. Er muss außerdem in speziellen Hochdrucktanks gelagert werden. Zudem müssen, um grünen Wasserstoff produzieren zu können, ausreichend Wasser und erneuerbare Energie am Produktionsstandort zur Verfügung stehen. Die Voraussetzungen dafür findet man in Europa meist nur in den Küstengebieten, was einen längeren Transportweg für inländische Standorte bedeutet. Eine einfachere und kostengünstigere Alternative sollen die Wasserstoffderivate Ammoniak und Methanol bieten.

Ammoniak: Treibstoff und Produktionsmittel

Ammoniak wird im industriellen Maßstab vor allem in der Düngemittelindustrie verwendet. Es kann außerdem als Treibstoff für umgerüstete Schiffsdieselmotoren genutzt werden. MAN Energy Solutions und Samsung Heavy Industries konzipieren gerade den ersten mit Ammoniak betriebenen Öltanker. Durch das Haber-Bosch-Verfahren, den Einsatz von Stickstoff, Wasserstoff, einem eisenhaltigen Katalysator sowie sehr hohem Druck und hohen Temperaturen, entsteht Ammoniak. Das Gas ist bereits bei –33,6° C flüssig, kann leicht von den Wasserstoffproduktionsstätten an der Küste transportiert und aufgrund seiner höheren Energiedichte in kleineren Tanks ohne Hochdruckbeschaffenheit gelagert werden. Für die Energiegewinnung kann Ammoniak auch direkt verbrannt und so als Ersatz für Kohle und Erdgas genutzt werden.

Was den Stoff als grünen Energieträger so interessant macht, ist, dass es aufgrund von dessen breitem industriellem Einsatz bereits eine gut ausgebaute Infrastruktur gibt, was den Transport einfach und kosteneffizient macht. Soll Ammoniak zur Rückgewinnung von Wasserstoff eingesetzt werden, erfolgt dies über das sogenannte „Cracking“. Jedoch ist dieses Verfahren erst in der Entwicklung und wird noch nicht im großen Maßstab eingesetzt.

Methanol: Brenn- und Synthesestoff

Methanol wird als Wasserstoffderivat mittels eines Synthesegases, das aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff besteht, hergestellt. Wie auch bei der Umwandlung in Ammoniak gilt: Werden für die Herstellung grüner Wasserstoff und Energie aus erneuerbaren Quellen verwendet, darf das Derivat als grün gelabelt werden. Methanol wird dann zu E-Methanol. Methanol kann direkt als Kraftstoff in speziellen Motoren oder auch in einer dafür konzipierten Brennstoffzelle eingesetzt werden, was ihn interessant für die Transportbranche macht.

In der Industrie wird Methanol unter anderem für die Synthese von Formaldehyd und Essigsäure genutzt. Andere Verwendungen findet es als Gefrierschutz- oder Reinigungsmittel. Methanol ist als Wasserstoffenergieträger wegen seiner Eigenschaften besonders interessant, denn es liegt bereits unter Normalbedingungen im flüssigen Zustand vor. Der Stoff kann dadurch über bereits bestehende Transport- und Lagerinfrastrukturen verteilt und gelagert werden.

Raffinierte Kraftstoffe als Zwischenlösung

Aus grünem Wasserstoff lassen sich mithilfe des Fischer-Tropsch-Verfahrens und einer zusätzlichen Veredelung CO₂-neutrale Kraftstoffe wie E-Diesel oder E-Kerosin produzieren. Ammoniak selbst hat das Potenzial, in Zukunft für spezielle Motoren als Treibstoff genutzt zu werden. E-Fuels stellen für das Transportwesen eine attraktive Zwischenlösung dar, weil sie in unterschiedlichen Beimischungsverhältnissen in normalen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden können. Das macht aufwendige und kostenintensive Umrüstungen obsolet. Jedoch entstehen bei ihrer Verbrennung weiterhin Abgase wie bei normalen Kraftstoffen. Ihr klimaschützender Effekt basiert auf dem Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energien und CO₂, etwa aus der Atmosphäre oder durch Verwendung von Biomasse zur Produktion.

Damit E-Methanol und grünes Ammoniak in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren wettbewerbsfähig werden können, ist laut Hy2gen-CEO Cyril Dufau-Sansot nun vor allem die Politik gefragt. Er begrüßt die Zusage von Bundesfinanzminister Christian Lindner, bis 2026 etwa 200 Milliarden Euro in Klimaschutz, Ladeinfrastruktur und Wasserstofftechnologie zu investieren. Dufau-Sansot sieht jedoch auch eine Abnahmeförderung für EndkundInnen und das höhere Besteuern von konventionellen Kraftstoffen als unabdingbar. „Die Politik muss jetzt alles daransetzen, das Umsatteln auf neue Technologien für Unternehmen und VerbraucherInnen möglichst einfach und attraktiv zu gestalten. Das Potenzial von grünem Wasserstoff ist groß, es muss nur richtig genutzt werden“, so Dufau-Sansot. (ys)

Die Hy2gen AG
… mit Sitz in Wiesbaden entwickelt, finanziert, baut und betreibt weltweit Anlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff und E-Fuels. Diese Produkte werden eingesetzt, um CO2-freie bzw. klimaneutrale und wettbewerbsfähige Treibstoffe und Industrielösungen zu realisieren. Die ersten Anlagen werden in Frankreich, Norwegen, Kanada, Deutschland und den USA gebaut. Das Unternehmen sammelte kürzlich 200 Mio. Euro für zukünftige Projekte von Investoren ein.
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