Nach Jahren der Konzentration auf Akku-Technologien etabliert sich Wasserstoff langsam aber sicher als alternatives Antriebs- und Speicherkonzept. Unterstützt wird diese Entwicklung durch ein milliardenschweres Subventionsprogramm. Mit der nationalen Wasserstoffstrategie treibt die Bundesregierung den Aufbau einer Infrastruktur zur Erzeugung und Verteilung voran. Deutschland soll damit nach einem im internationalen Vergleich eher verhaltenen Start Richtung H-Welt nun aufholen. Dafür stehen bis 2023 Subventionen in Höhe von 3,4 Mrd. Euro allein für den Aufbau inländischer Produktionsanlagen bereit. Zusätzliche 2 Mrd. Euro sind für internationale Kooperationen eingeplant – beispielsweise für den Import von Wasserstoff und den Export deutscher Wasserstofftechnologien.
Wasserstoff ist seit seiner Entdeckung und Erforschung im Jahr 1783 ein gefragter Rohstoff für unterschiedliche Einsatzgebiete: So machte die Düngerherstellung aus Stickstoff und Wasserstoff mithilfe des Haber-Bosch-Verfahrens eine industriell ausgerichtete Landwirtschaft erst möglich. Darüber hinaus dient das Element als Reduktionsmittel in der Metallurgie, als Kühlmittel in Generatoren, als Schutzgas beim Schweißen wie auch zur Fetthärtung in der Lebensmittelindustrie. Und nicht zuletzt hob schon das Apollo-11-Landemodul mit Wasserstoff zum Rückflug Richtung Erde ab.
Anwendungsbereiche
Die weltweite H2-Produktion beträgt rund 30 Mio. Tonnen pro Jahr. Davon werden 1,3 Mio. Tonnen in Deutschland verbraucht – vor allem in der chemischen Industrie für Raffinerieprozesse (40 %) sowie für die Herstellung von Ammoniak (25 %) und Methanol (20 %). Der weltweite Bedarf an Wasserstoff wird in den nächsten Jahren rasant steigen. Einerseits verlangt die wachsende Erdbevölkerung nach mehr Kunstdünger, zum Zweiten wird Wasserstoff auch als nachhaltiges Speicherkonzept im Rahmen der Energiewende sowie als Alternative zur akkugetriebenen E-Mobilität gehandelt. Dazu kommt drittens, dass Wasserstoff als Kohleersatz die CO2-Emission bei der Stahlproduktion deutlich minimieren kann.
Für zukünftige Anwendungen kommen noch zwei weitere Bereiche hinzu: dezentrale Anlagen für die Energiegewinnung sowie Fortbewegungsmittel aller Art. Dabei handelt es sich nicht nur um straßengebundene Fahrzeuge: Linde beispielsweise bietet bereits Flurförderfahrzeuge auf Wasserstoffbasis an, Freudenberg arbeitet an Brennstoffzellen für den Einsatz in Passagierschiffen und spätestens 2026 soll das Propellerflugzeug „Dornier 228“ mit Wasserstoff abheben.
Das Herz der Energiewende
Für die energetische Verwertung von Wasserstoff gibt es zwei Möglichkeiten: Bei der Verbrennung verhält sich Wasserstoff ähnlich wie Erdgas. In einer Brennstoffzelle dagegen wird Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser und Strom umgewandelt.
Dieser Strom kann einen Elektromotor antreiben und erreicht dabei Wirkungsgrade von bis zu 83 Prozent. Streng genommen zählt ein Wasserstoff-Auto also zur E-Mobilität, besitzt allerdings nicht die Nachteile klassischer Elektrofahrzeuge wie zum Beispiel stundenlange Ladezyklen. Ein Wasserstofftank ist in wenigen Minuten voll und bringt den Fahrer rund 500 Kilometer weit – unabhängig von der Außentemperatur.
Soll Wasserstoff als Speichermedium genutzt werden, verläuft der physikalische Prozess in Gegenrichtung. Dann wird aus Wasser und Strom – idealerweise direkt neben einem Windrad oder einer Fotovoltaikanlage – wieder Wasserstoff plus Sauerstoff.
Farbenlehre
Für die Produktion von Wasserstoff kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Sie werden nach Farben geordnet. Am häufigsten wird, Stand heute, grauer Wasserstoff aus Erdgas hergestellt – dieses Verfahren macht aktuell 98 Prozent der weltweiten Produktion aus. Das Ziel aber ist grüner Wasserstoff. Er entsteht durch die Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Ökostrom. Nur in Verbindung mit diesem Herstellungsverfahren kann das Element seine ökologischen und ökonomischen Vorteile voll ausspielen. Roter Wasserstoff ist grüner Wasserstoff, wurde allerdings durch Atomstrom erzeugt. Damit ist dieses Verfahren weitgehend CO2-neutral, aber aus bekannten Gründen umstritten. Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. Wird das dabei entstehende CO2 aufgefangen und weiterverwendet, wird aus grauem Wasserstoff per Definition blauer Wasserstoff.
Windiger Wasserstoff
Energieexperten sehen Offshore-Windkraftanlagen und/oder die Nutzung von Sonnenenergie in den äquatornahen Ländern Afrikas als Königsweg für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Eine Analyse der Boston Consulting Group rechnet vor, dass ein Kilo Wasserstoff aus Richtung Nordsee rund zwei Euro kosten wird, genauso viel wie Wasserstoff aus Afrika – vorausgesetzt es kommt per Pipeline.
Der Schiffstransport würde den Preis um einen Euro verteuern. Das allerdings ist Zukunftsmusik. Derzeit kostet ein Kilogramm Wasserstoff an einer öffentlichen H2-Tankstelle ungefähr 9,50 Euro. Damit kommt ein Brennstoffzellenauto rund hundert Kilometer weit. Die Treibstoffkosten von Benzinern und Brennstoffzellenfahrzeugen sind damit bereits vergleichbar. In Zukunft könnte die Rechnung klar pro Wasserstoff ausfallen: Linde, Siemens, Vattenfall und Total planen gemeinsam Windkraftwerke, die Wasserstoff erzeugen. Eine Anlage soll einmal 800 Autos mit Treibstoff versorgen – zu einem Drittel des heutigen Preises.
Der Autor:
Michael Grupp,
Journalist, Stuttgart
Der Autor:Michael Grupp,
Journalist, Stuttgart
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