Wasserstoff
Rolle und Nutzen von Wasserstoff:
Wasserstoff ist keine neue Erfindung - er wurde schon im 18. Jahrhundert als Element identifiziert und ist seit 100 Jahren ein wichtiger Rohstoff der Chemieindustrie.
Heute jedoch tritt seine potenzielle Rolle als Energieträger immer mehr in den Vordergrund, besonders in einer auf erneuerbare Primärenergien gestützten Energiewirtschaft.
Hier wird er benötigt, weil er die Speicherung und den Transport der Primärenergie ermöglicht.
Erneuerbare Energien sind im Prinzip reichlich vorhanden, doch stehen sie nicht immer an den Orten zur Verfügung, wo sie verbraucht werden sollen,
und auch nicht immer zu den gewünschten Zeiten. Mit Hilfe des Energieträgers Wasserstoff können diese örtlichen und zeitlichen Lücken zwischen Angebot
und Nachfrage überbrückt werden. Er ergänzt als Transportmittel den Strom, der in der Regel die Methode der Wahl ist und auch bleiben wird.
Jedoch kann man nicht jeden Ort ans Netz anschließen, und besonders nicht mobile Energieverbraucher (PKW, Nutzfahrzeuge, Flugzeuge).
Darüber hinaus ist die Speicherung von Elektrizität nur begrenzt möglich. Noch dazu liefern nicht alle erneuerbaren Energiequellen unmittelbar Strom (zum Beispiel Biomasse).
Die Brennstoffzelle...
ist die optimale Methode, um die in Wasserstoff gespeicherte Energie wieder nutzbar zu machen.
In ihr wird die chemische Energie in einem elektrochemischen Prozess unmittelbar in elektrische Energie und Wärme umgesetzt.
Durch die Vermeidung von Zwischenschritten (Dampferzeugung, Turbine, Generator) und die Umgehung der für Wärmekraftmaschinen geltenden thermodynamischen
Grenzen (Carnot-Wirkungsgrad) ist sie ungewöhnlich effizient. Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke erreichen bei gleichzeitiger Nutzung von Elektrizität und Wärme
Wirkungsgrade von über 80 %, also etwa doppelt so viel wie herkömmliche Feuerungsanlagen.
Erzeugung von Wasserstoff:
Wasserstoff ist auf der Erde in praktisch unbegrenzten Mengen vorhanden, allerdings fast ausschließlich in chemischen Verbindungen
(Wasser, Säuren, Kohlenwasserstoffe, andere organische Verbindungen).
Der größte Teil der heutigen Wasserstoffproduktion entsteht als Neben- oder Koppelprodukt in Prozessen der chemischen Industrie und
wird auch von dieser selbst in anderen Prozessen wieder verbraucht, vor allen Dingen in der Petrochemie.
Wenn er im industriellen Maßstab gezielt erzeugt wird, geschieht das zur Zeit hauptsächlich durch Reformierung von Erdgas.
Dieses Verfahren stützt sich allerdings auf einen fossilen und nicht dauerhaft vorhandenen Rohstoff und ist mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden.
In Verbindung mit erneuerbaren Primärenergien bieten sich statt dessen die Elektrolyse von Wasser oder die Vergasung von Biomasse an.
Zur letzteren kann man außer Resten aus der Land- und Forstwirtschaft oder Biomüll aus Haushalten im erweiterten Sinne auch organische Industrieabfälle zählen,
deren Beseitigung oft erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
Verwendung von Wasserstoff:
Wasserstoff wird auch in Zukunft ein wichtiger Rohstoff der chemischen Industrie bleiben.
Allerdings wird seine Rolle als Energieträger mehr und mehr an Bedeutung gewinnen.
Nach einer Studie der Deutschen Shell ist zu erwarten, dass im Jahre 2050 etwa 50 % der Weltenergieerzeugung aus erneuerbaren Quellen kommen werden
(wobei der Absolutverbrauch erheblich ansteigen wird); davon wiederum werden 50 % voraussichtlich in Wasserstoff umgewandelt werden, um zum Verbraucher zu kommen.
Stationäre Anlagen:
In der Energiewirtschaft bahnt sich eine Wende zur dezentralen Erzeugung an. Bald werden kleine Brennstoffzellenanlagen vermarktet werden, die den Grundbedarf eines Mehrfamilienhauses decken können. Zur Zeit werden sie wegen der vorhandenen Infrastruktur in der Regel mit Erdgas versorgt, das intern reformiert wird. Auf lange Sicht jedoch wird der Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur zu erwarten sein.
Im Rahmen des zentralen Versorgungsnetzes können Elektrolyseure für die Lastregelung eingesetzt werden. Statt Kraftwerke in bedarfsschwachen Zeiten abzuschalten, kann die überschüssige Energie zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden, der entweder als solcher vermarktet oder wieder zur Stromerzeugung benutzt wird. Entsprechende Pläne gibt es zum Beispiel bei den HEW.
Mobile Anlagen:
Die gesamte Fahrzeugindustrie arbeitet in Erwartung immer schärferer Vorschriften über die Emissionen von CO2intensiv an derzeit noch als alternativ geltenden Treibstoffen und Antrieben.
Wasserstoff kann verwendet werden, um Verbrennungsmotoren anzutreiben; diese Entwicklungslinie wird von BMW verfolgt.
Die anderen Firmen setzen eher auf Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle.
So weit es sich um Busse oder andere Nutzfahrzeuge handelt, wird der Wasserstoff komprimiert oder tiefkalt verflüssigt mitgeführt.
Bei PKW wollen viele Hersteller zumindest in den ersten Modellen Methanol tanken, das an Bord reformiert wird.
Prinzipiell sind auch Passagierflugzeuge möglich, die flüssigen Wasserstoff an Stelle von Kerosin als Treibstoff verwendet (ehemaliges Airbus-Projekt "Cryoplane").
Emissionen:
Der Verbrauch von Wasserstoff ist mit geringen oder gar keinen Emissionen verbunden. Er verbrennt zu Wasser, aus dem er im Prinzip wieder gewonnen werden kann;
somit geht er nicht verloren und ist ein dauerhaft verfügbarer Energieträger. In Verbrennungskraftmaschinen entstehen im Luftbetrieb geringe Mengen an Stickoxiden.
Durch die weiten Möglichkeiten der Wahl der Arbeitsbedingungen beim Wasserstoffmotor kann die Bildungsrate allerdings weit niedriger gehalten werden
als bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen. Bei der Brennstoffzelle mit ihrer niedrigeren Betriebstemperatur entfällt auch dieses Problem.
Emissionen entstehen hier allenfalls durch periphere Komponenten (Brennstoffaufbereitung bei der Versorgung mit Erdgas).
Sicherheit:
Der sichere Umgang mit Wasserstoff ist in industriellen Anwendungen seit langer Zeit Stand der Technik.
Auch der Transport auf Straße, Schiene und Wasser oder durch Pipelines wirft keine grundsätzlichen Probleme auf.
Für den Aufbau einer Infrastruktur kommt es darauf an, alltagstaugliche Geräte, Anlagen und Systeme zu entwickeln, in denen das vorhandene Wissen verwendet wird.
Normung, Regelsetzung:
Wasserstoff fällt als komprimiertes oder tiefkalt verflüssigtes brennbares Gas unter die entsprechenden einschlägigen Regelwerke.
Besondere Gefahren gehen nicht von ihm aus, so dass es in Deutschland oder der EU gar kein wasserstoffspezifisches Regelwerk gibt.
Normungsbedarf entsteht in absehbarer Zeit vor allem durch seine Einführung als Treibstoff in den Verkehr (Zulassungsvorschriften).
Außerdem werden allgemein verstärkt Druckbehälter aus faserverstärktem Kunststoff oder anderen neuen Werkstoffen eingesetzt werden.
Hier treten andere Sicherheitsfragen auf als bei der herkömmlichen Gasflasche aus Stahl oder Aluminium.
Zusatzwissen:Mythen rund um Wasserstoff