Wasserstoff kurz erklärt
Das Gas Wasserstoff mit der chemischen Formel H2 ist im Wasser gebunden und damit in fast jeder organischen Verbindung enthalten. Wasserstoff, das weitverbreitete chemische Element im Universum, ist ein echtes Multitalent. Neben den vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten gilt es vor allem auch als Brennstoff der Zukunft. Dank der Reaktionsfreudigkeit von Wasserstoff kann in einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff und Sauerstoff elektrischer Strom erzeugt werden, wodurch ein kräftiger Antrieb für Elektromotoren entsteht. Es hat also definitiv eine Zukunft. Theoretisch ist es unendlich lukrativ: Wasserstoff + Sauerstoff = Energie. Einige Investoren wetten bereits auf die zukünftige Verwendung von Wasserstoff. Mehr Informationen zu Wasserstoff-Aktien gibt es hier.
Die Brennstoffzelle ist die wichtigste Voraussetzung für die Nutzbarmachung. Zu verdanken haben wir das dem Chemiker C. F. Schönbein, der 1838 erkannte, dass bei der exothermen Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff Wasser mit dem Nebenprodukt Energie entsteht.
Wie aufwendig ist die Gewinnung von Wasserstoff?
Wasserstoff ist genauso wie Strom kein sogenannter Primärenergieträger. Dieser lässt sich einfach irgendwo abbauen oder anzapfen und kann genutzt werden. Um es zu erzeugen, braucht es noch Rohstoffe, wie Erdöl, Erdgas, Biomasse und Wasser. Um Wasserstoff aus Wasser zu bekommen, muss also erst mal Energie von außen zugeführt werden. Der als „Power-to-Gas“ bezeichnete Prozess ist energieintensiv und teuer.
Auch die Klimabilanz ist noch nicht optimal. Heute ist es üblich, es per Dampfreformierung aus Erdgas zu gewinnen. Dieser wird als „grau“ eingestuft, da bei der Produktion von einer Tonne rund zehn Tonnen Kohlendioxid freigesetzt werden. Als „grün“ gilt Wasserstoff, wenn mit regenerativ erzeugtem Strom von Wasser abgespalten wird.
Als besonders nachhaltig angesehen wird die Herstellung per Elektrolyse mit überschüssigem Ökostrom aus Wind und Sonne, der ohne eine Speichermöglichkeit sonst nicht genutzt werden könnte. Hier ist der gesamte Erzeugungspfad nahezu emissionsfrei. Teurer jedoch ebenso emissionsfrei ist die Gewinnung von H2 aus einer Kette von chemischen Reaktionen mit Wasser, etwa Alkalimetallen und Wasser.
Weitere Herstellungsverfahren wie
- die Autotherme Reformierung
- das Kyaerner-Verfahren
- die Vergasung von Biomasse
- die Hochdruckelektrolyse
befinden sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase.
Großer Vorteil der Speicherung
Einer der größten Vorteile von Wasserstoff ist seine sehr gute Speichermöglichkeit. Der Energieträger kann über Jahre hinweg bereitgehalten werden. Das ist sehr praktisch. Mit der Speicherung von Wasserstoff können Energieüberschüsse dann wieder nutzbar gemacht werden, wenn sie benötigt werden. So eine Flexibilisierung des Stromnetzes wird für die Energiewende zwingend benötigt. Ein Ausbau der erneuerbaren Energiequellen macht nur Sinn, wenn die schwankenden Strommengen aus Sonnenkraft und Wind in der Menge genutzt werden können, wie sie gerade benötigt werden. Das geht nur mit einem intelligenten Speichersystem.
Allerdings ist die Speicherung technisch herausfordernd aufgrund seiner geringen Dichte. Die am weitesten verbreitete Methode ist die Lagerung von Wasserstoff als komprimiertes Gas. Um H2 in diesen Zustand zu bringen, wird es unter hohem Energieaufwand auf Drücke von bis zu 900 bar verdichtet. Darüber hinaus gibt es noch andere Möglichkeiten zur Speicherung. Die Möglichkeiten sind hier vielfältig, jedoch gibt noch viele offene Fragen zur Machbarkeit im großen Maßstab.
Mobilität und Brennstoffzellen-Autos
Ein zentraler Einsatzbereich ist in der Mobilität. So gibt es bereits Hersteller, die bereits Wasserstoffautos mit Brennstoffzellen-Technologie auf den Markt bringen. Der Grund, warum der große Durchbruch noch nicht erfolgt ist, sind die Kosten. Wasserstoffautos sind noch um einiges teurer als vergleichbare Fahrzeuge. Hinzu kommt die Infrastruktur mit Wasserstoff-Tankstellen, die flächendeckend ausgebaut werden muss.
Ist Wasserstoff die Kohle der Zukunft?
Züge, Schiffe und sogar Flugzeuge können mit einem Brennstoffzellenantrieb ausgestattet werden. So sollen ab Ende 2022 mit einer neuen Tankstelle in Frankfurt-Höchst Passagierzüge mit Brennstoffzelle betankt werden. Nach Angaben des Rhein-Main-Verkehrsbundes (RMV) wäre das die weltweit größte Zugflotte mit Brennstoffzellen. Allerdings ist der Wasserstoff zunächst „grau“, da er als Abfallprodukt im Industriepark anfällt.
Mittels Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung könnte Wasserstoff schon bald Häuser heizen, für Warmwasser sorgen und Strom erzeugen.
