Weg von Gas & Öl mit Wasserstoff?

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Weg vom russischen Gas; raus aus der Abhängigkeit von Gas- und Öl-Lieferanten – das ist ein Ziel, welches sich die Bundesregierung durch den Ukraine-Krieg setzen musste. Umweltaktivisten kämpfen zudem schon seit Jahren für den Ausstieg aus der Kohle. Wasserstoff wird als umweltfreundliche Alternative zu Kohle, Öl und Gas betrachtet. Zurecht?

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und kommt hauptsächlich gebunden mit Sauerstoff in Wasser (H₂O) oder als Wasserstoffgas (H₂) in molekularer Form auf der Erde 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.

Reiner Wasserstoff kann weder brennen noch explodieren!

Vor Kurzem sind in Norddeutschland die ersten wasserstoff-betriebenen Züge in Betriebe genommen worden. Aber jahrzehntelang galt Wasserstoff als zu gefährlich. (Musterfoto)

 

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?

Elektrolyse, um Grünen Wasserstoff zu gewinnen. Schul-Experiment-Anleitung siehe PDF.

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.

Neben Grünem gibt es auch noch braunen, rosafarbenen, schwarzen, gelben, türkisfarbenen, blauen und vor allem grauen Wasserstoff, der im Moment hauptsächlich genutzt wird. Leider, denn “Grauer Wasserstoff” wird durch die Dampfreformierung fossiler Brennstoffe wie Erdgas, Kohle oder Öl erzeugt. Dabei entsteht als Abfallprodukt CO₂ und das erwärmt (wie Methangas auch) das Klima.

Letztendlich gibt es sehr viele Varianten von Wasserstoff-Herstellung und eigentlich ist nur grüner Wasserstoff zukunftsfähig, vor allem, weil der Strom, der für die Elektrolyse benötigt wird, per Definition aus erneuerbaren Energien gewonnen wird und so bei der Produktion keine weiteren Treibhausgase entstehen. Doch im Moment gibt es noch das Problem, dass der Ökostrom für den Wasserstoff sehr teuer ist und es sich deshalb häufig kaum lohnt, grünen Wasserstoff anzubieten.

Aber ist das nicht ein Umweg?

Man verbraucht Ökostrom, um mit grünem Wasserstoff Ökostrom herzustellen. 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 ist vor Allem ein alternativer Treibstoff!

Elektroautos gibt es schon seit über 20 Jahren  und schaffen mittlerweile durchschnittlich 400-600 Kilometer, danach müssen die meisten Modelle erst einmal stundenlang laden, solange keine Schnellladestelle zur Verfügung steht. Die wenigen Wasserstoff-Automodelle auf dem Markt dagegen schaffen schon ungefähr 650 Kilometer, haben also eine Reichweite, die der eines Benziners entspricht. Auch ist die Herstellung von Wasserstoff viel ressourcensparender als die einer Batterie für E-Autos. 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)

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 verwandeln werden und, wenn es an Ökostrom mangelt, durch Brennstoffzellen als Wärme nutzen.

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?  Allein für 7 Prozent der aktuellen CO2-Emission 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 für eine wasserstoffbasierte Produktion bräuchte man ungefähr doppelt so viel Strom in der Stahlindustrie wie bisher.


Woher bekommen wir den Ökostrom für den ganzen Wasserstoff?

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 9 Milliarden Euro für Wasserstoff bereitgestellt werden – davon 2 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 (Das heißt, „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.


Und hier noch ein Video dazu:


Quellen

 

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