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Weg von Gas & Öl – Ist Wasserstoff die Lösung?

Aktuell wird Wasserstoff von vielen als umweltfreundliche Alternative zu Kohle,
Öl und Gas betrachtet. Er hat die Chance, für mehr Unabhängigkeit von Russlands Gas zu sorgen und… Ja, was ist Wasserstoff überhaupt? Über Wasserstoff wissen viele nicht mehr, als, dass es ein Element ist, das kleinste. Manch eine*r wird sich sogar fragen, ob Wasser und Wasserstoff das Gleiche sind.

Nein, im Gegensatz zum Wasserstoff im All ist auf der Erde kaum reiner Wasserstoff vorhanden, aber in Verbindung mit Sauerstoff kommt er als flüssiges Wasser, Eis und Wasserdampf vor. Wasser und Wasserstoff sind nicht das Gleiche. Anders als im All ist auf der Erde kaum reiner Wasserstoff vorhanden. Zusammen mit anderen  Elementen bildet er zum Beispiel Erdöl, verschiedene Mineralien und Methan; in Verbindung mit Sauerstoff  kommt er als flüssiges Wasser, Eis oder Wasserdampf vor. Auf der Erde müsste einem also vor allem die Mischung aus Wasser- und Sauerstoff bekannt sein, im (restlichen) Universum dagegen nicht, dort liegt der Wasserstoffanteil statt bei (geringen) 0,87 Prozent bei 70 Prozent.

Gewinnung von Wasserstoff

Wenn es eigentlich nur Wasser auf der Erde gibt und wir aber Wasserstoff als
grüne Energie benötigen, liegt die Vermutung nahe, dass Wasser in Wasserstoff
umgewandelt werden müsste – richtig.
Man beachte den Vorgang der Elektrolyse und nehme:
– einen Behälter
– zwei längliche Stücke Metall
– Klebe
– Wasser
– Salz
– eine große Schale
Außerdem benötigt man einen Stromkreis.
Man klebe ein längliches Stück Metall in einen möglichst länglichen Plastikbehälter und befülle eine große Schale mit Wasser und Salz. Das Salz erhöht die Leitfähigkeit des Wassers. Der Behälter mit dem Metall werde mit Wasser befüllt und im Wasser (mit der offenen Fläche nach unten) aufgerichtet. Das ergibt die Kathode, den Minuspol. Ein weiteres Stück längliches Metall werde ins Wasser gehalten. Das ergibt die Anode, den Pluspol. Beide Pole sollten mit Zangen oder Ähnlichem im Wasser gehalten und mit dem nötigen Rest zum Erstellen eines Stromkreises verbunden werden.
Wenn der Strom angeschaltet ist, sollte jetzt bei der Kathode doppelt so viel Wasserstoff entstehen wie Sauerstoff bei der Anode. Warum doppelt so viel? Wasserstoff hat die chemische Formel H bekommen und Sauerstoff O, Wasser
H₂O.

H₂ – O

Dass wirklich Wasserstoff entsteht, ist durch das Verschwinden von Wasser in
dem Gefäß (Kathode) zu erkennen. Man kann auch noch mit einem Feuerzeug
kurz Feuer an das Gefäß halten, wenn es (nicht laut) knallt, dann ist es wirklich
Wasserstoff. Etwa so in größer kann man sich das Gewinnen von Wasserstoff
vorstellen. Dann bringt man Sauer- und Wasserstoff wieder zusammen, sie
müssen dafür durch eine Membran. Dadurch entsteht Energie – und Wasser.
Also wird Wasserstoff als Energie eigentlich nur durch Trennen und wieder
Zusammenführen von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.

Wasserstoff = Explosionen?

Ein Grund dafür: die Katastrophe von 1937 mit dem Luftschiff „Hindenburg“, in dessen Heckteil durch Wasserstoff ein Feuer ausbrach, was eine Explosion bewirkte. Der genaue Verlauf des Unglücks ist bis heute unklar. Am Unglückstag (6. Mai 1937) war der Himmel gewittrig und aus irgendeinem Grund kam es wohl zu einer elektrostatischen Entladung (vielleicht ein Blitzeinschlag?). Dann fing Wasserstoff an zu brennen. Das Benzin für die Motoren sorgte für eine Ausbreitung des Feuers.

Ganz genau weiß man es nicht. Fest steht, dass vollständig reiner Wasserstoff weder brennen noch explodieren kann, aber eben doch, wenn er mit anderen Stoffen reagiert. Wasserstoff als Energieträger ist, wenn man sich möglicher Gefahren bewusst ist, ungefährlich, sagt Stina Christiansen von der Firma GP Joule, die erneuerbare Energien anbietet:

“Wasserstoff ist in Verbindung mit Sauerstoff brennbar und ab einem bestimmten Verhältnis ist ein Gemisch explosiv. Dazu ist allerdings ein Anteil von mindestens 18 % Wasserstoff nötig. Das kommt sehr selten zustande. Wasserstoff ist über 14x leichter als Luft und verflüchtigt sich somit sehr schnell.”


Ist Wasserstoff eine Energie der Zukunft?

Gefährlich scheint Wasserstoff  nicht zu sein – oder vielleicht doch? Gefährlich für die Umwelt. Auch Wasserstoff kann  umweltschädlich sein, nämlich dann, wenn es sich nicht um grünen Wasserstoff handelt, welcher per Elektrolyse gewonnen wird.

Wir haben „grünen Wasserstoff“ gewonnen. Neben grünem gibt es auch noch braunen, rosafarbenen, schwarzen, gelben, türkisfarbenen, blauen […] und vor allem grauen Wasserstoff, der im Moment hauptsächlich genutzt wird. Grauer Wasserstoff verursacht 10 Tonnen CO2 pro Tonne Wasserstoff und wird aus Erdgas (Methan) mittels Dampfreformierung gewonnen. Letztendlich gibt es sehr viele Varianten von Wasserstoffherstellung und eigentlich nur grüner Wasserstoff ist zukunftsfähig. Doch auch der könnte aus Klima-Sicht ein Problem werden, nämlich, wenn der Strom, der für die Elektrolyse benötigt wird, nicht erneuerbar ist. Oder, wenn der erneuerbare Strom zu teuer ist, dann könnte es sich womöglich preistechnisch gar nicht mehr lohnen, Wasserstoff zu nutzen. Das ist im Moment der Fall. Grüner Wasserstoff ist auch eine gute Lösung, um die bisherigen Erneuerbaren zu ergänzen. Windenergie funktioniert nämlich nicht, wenn kein Wind da ist, Solarenergie nicht, wenn keine Sonne scheint. Gleichzeitig gibt es momentan noch keine effizienten Speicher: Wenn es mal richtig stürmt oder die Sonne brennt und dadurch mehr Energie produziert wird als in dem Moment nötig, kann diese zu viel erzeugte Energie kaum richtig gespeichert und später wieder benutzt werden. Wenn man nun mit dieser Energie Wasserstoff produzieren würde und in Energie umwandelte, wenn sie benötigt würde, könnte Wasserstoff fast schon ein Ersatz für die Speicher sein; auch, weil ein Speicher im Gegensatz zur Wasserstoff-Lösung deutlich mehr Platz verbraucht.

Aber ist das nicht ein Umweg?

Grüner Wasserstoff ist eine gute Lösung, um die bisherigen Erneuerbaren zu ergänzen, bzw. er könnte als eine Art „Zwischen-Energiespeicher“ dienen. Windenergie funktioniert nämlich nicht, wenn kein Wind da ist, Solarenergie nicht, wenn keine Sonne scheint. Man nennt das Problem „Dunkelflaute“. Gleichzeitig gibt es momentan noch keine effizienten Speicher: Wenn es mal richtig stürmt oder die Sonne brennt und dadurch mehr Energie produziert wird als in dem Moment nötig, kann diese zu viel erzeugte Energie kaum richtig gespeichert und später wieder benutzt werden. Wenn man nun mit dieser Energie Wasserstoff produzieren würde und ihn erst in Energie umwandelte, wenn sie benötigt würde, zum Beispiel während einer Dunkelflaute, könnte Wasserstoff fast schon ein Ersatz für die Speicher sein.

“Es ist richtig, dass sehr viel Strom für die Produktion von Wasserstoff benötigt wird. Wenn man jedoch bedenkt, dass der Strom (z. B. aus Wind und Sonne) ansonsten gar nicht genutzt werden würde, sondern verpufft, stellt die Nutzung von Wasserstoff eine sehr gute Möglichkeit der Speicherung sowie Ergänzung zur Energie durch Wind und Sonne und ebenso zur Elektromobilität dar.” (Stina Christiansen, GP Joule)


Grüner Wasserstoff: alternativer Treibstoff

Ernstzunehmende Elektroautos gibt es schon seit über 20 Jahren und schaffen mittlerweile durchschnittlich 400-600 Kilometer, danach müssen die meisten Modelle erst einmal längere Zeit laden, sofern keine Schnellladestelle zur Verfügung steht. Die wenigen Wasserstoff-Automodelle auf dem Markt dagegen schaffen schon 650 Kilometer, haben also eine Reichweite, die der eines Benziners entspricht. Auch ist die Herstellung von Wasserstoff viel ressourcensparender als die von zum Beispiel einer Batterie für ein E-Auto. Für das Elektroauto spricht aber, dass die Wirkung des Aufwandes sehr viel höher ist als bei einem Wasserstoffauto. Wenn wir Wasserstoff umfassend in der Mobilität einsetzen würden, hätten wir 22 Prozent weniger Emissionen.

“In der Praxis ist [Wasserstoff] […] weniger gefährlich als beispielsweise andere Auto-Treibstoffe.” (Stina Christiansen, GP Joule)

…und Heizmöglichkeit?

Noch bis ins 20. Jahrhundert wurde Stadtgas statt Erdgas verwendet. Es bestand zu über 50 Prozent aus Wasserstoff. Es ist auch technisch möglich, das Gasnetz vollständig zu einem Wasserstoffnetz zu machen. Heizungen vertragen mehr als 20 Prozent Wasserstoff. Theoretisch könnte aber überschüssiger Ökostrom durch einen Elektrolyseur in Wasserstoff verwandelt und, wenn es an Ökostrom mangelt, durch Brennstoffzellen als Wärme genutzt werden.

Wenn wir es in Deutschland schaffen würden, mit Hilfe von grünem Wasserstoff alle Emissionen im Heiz- und Strombereich zu reduzieren, hätten wir 42 Prozent weniger Emissionen!

Doch was ist mit dem restlichen CO₂? Für sieben Prozent der aktuellen CO₂-Emissionen ist die Stahlindustrie verantwortlich. Aktuell nutzt man Kohlenstoff (aus Kohle), die sich im Hochofen mit Sauerstoff aus Eisenerz verbindet, um Stahl herzustellen. Statt der Kohle kann man aber auch Wasserstoff verwenden, um den Sauerstoff aus dem Eisenerz zu lösen und dadurch Stahl herstellen.

Alle Parteien im Bundestag (außer der AfD, die alle erneuerbaren Energien strikt ablehnt) sind mal klarer und mal weniger klar für die bevorzugte Verwendung von Wasserstoff in der Stahlindustrie oder in „Industrien, bei denen es zurzeit noch keine ökologischen Alternativen gibt“. Doch um das umzusetzen bräuchte man ungefähr doppelt so viel Strom in der Stahlindustrie wie bisher.


Problem: Zu wenig Ökostrom

Wir in Deutschland können wohl höchstens 800 Mrd. kWh schaffen, im Moment stehen wir bei 250 Mrd. kWh. Aber wir könnten aus anderen Ländern Ökostrom bekommen – statt fossiler Energien. Vor allem Wüsten bilden gute Chancen. Vielleicht etwas überdimensioniert ist diese Vorstellung, denn auch Wüsten sind Ökosysteme, aber: Mit einer gut durchdachten und gut strukturierten Solartechnologie in der Sahara-Wüste könnte das 7.000-fache des Energiebedarfs ganz Europas abgedeckt werden!

“Es reichen bereits 830 Elektrolyseure à 100 Megawatt aus, um eine Vollversorgung in Deutschland zu gewährleisten. Solch ein Elektrolyseur braucht mit Nebenanlagen ungefähr so viel Platz wie eine Tankstelle. Von denen haben wir 14.000 in Deutschland. Zudem lässt sich das Erdgas-Netz mit einigen Anpassungen für Wasserstoff nutzen. Die Pipelines sind vorhanden und mit entsprechenden Ertüchtigungen geeignet; das haben die Ferngasnetz-Betreiber bereits untersucht.” ~ Stina Christiansen, GP Joule


Was tut die Politik?

Laut nationaler Wasserstoffstrategie sollen neun Milliarden Euro für Wasserstoff bereitgestellt werden – davon zwei Milliarden für den Ausbau internationaler Partnerschaften. Es wurde außerdem ein Wasserstoffrat aus 25 Experten einberufen. Der ganze Plan beginnt damit, dass bis 2023 der Markthochlauf begonnen haben soll („Der Markt“ bietet in dem Fall Wasserstoff normal an und Wasserstoff fängt an, verbreitet zu sein). Damit das geschieht, steht im Raum, dass grünen Wasserstoff herzustellen, weniger Steuern, Umlagen, Abgaben kosten soll. Auch CO₂ könnte dann noch teurer werden. 2007 lag der CO₂-Preis übrigens in der EU noch bei durchschnittlich 0,73 Euro pro Tonne, jetzt liegt er zwischen 50 und 80 Euro.

Außerdem sollen Wasserstoffhersteller und Netzbetreiber durch ein bis zwei Modellprojekte besser zusammenarbeiten können und als Folge dadurch eine Netzentlastung entstehen zu angemessen Preisen. Auch werden Chemie- und Stahlindustrie gefördert, wenn sie statt Kohle Wasserstoff verwenden. Und – natürlich sollen Erneuerbare insgesamt vorangetrieben werden, damit man genug Wasserstoff aus der in dem Moment überschüssigen Energie machen kann. Sowohl für Auto als auch für Flugzeuge soll Einsatz von Wasserstoff bei der Herstellung gefördert werden und es soll einen Mindestanteil an Nutzung von Ökoenergien im Verkehr festgelegt werden, der deutlich höher ist, als in der EU. Etwa bei der Flugzeugindustrie sollen bis 2030 mindestens 2 Prozent von den für die Herstellung benötigten Stoffen Wasserstoff sein..

Sowohl im Industriebereich als auch im privaten Haus soll Wasserstoff gefördert werden. Außerdem werden größere Bildungs- und Forschungs-Projekte sowie der Ausbau des Wasserstoff-Tankstellennetzes geplant.


Quellen:

 

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