Wasserstoff - Von der Erzeugung zur Anwendung
Grüner Wasserstoff wird als zentraler Bestandteil der Energiewende betrachtet. Er hat das Potenzial, fossile Brennstoffe zu ersetzen und die Dekarbonisierung in vielen Industrien voranzutreiben. Die Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff umfasst verschiedene Stufen, von der Erzeugung bis zur Nutzung.
Erzeugung von Grünem Wasserstoff
Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfolgt durch Elektrolyse von Wasser, bei der Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft verwendet wird. Im Prozess wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der hierbei erzeugte Wasserstoff gilt als „grün“, weil bei seiner Produktion keine CO₂-Emissionen entstehen.
Elektrolyseverfahren: Alkalisch vs. PEM
Die Elektrolyse kann durch verschiedene Technologien erfolgen, darunter das alkalische Elektrolyseverfahren und die Protonen-Austausch-Membran (PEM) Elektrolyse. Beide Technologien haben spezifische Vorteile:
- Alkalische Elektrolyse: Reifere Technologie, kosteneffizienter bei großen Anlagen.
- PEM-Elektrolyse: Bietet schnellere Reaktionszeiten und ist flexibler in Bezug auf variable Energiequellen wie Wind und Sonne.
Speicherung und Transport von Grünem Wasserstoff
Nach der Produktion von Wasserstoff muss dieser gespeichert und transportiert werden. Da Wasserstoff das kleinste und leichteste Element ist, stellt seine Speicherung eine technische Herausforderung dar.
Speichertechnologien
Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Speicherung von Wasserstoff:
- Druckspeicherung: Wasserstoff wird bei hohem Druck (200-700 bar) in Tanks gespeichert.
- Flüssigspeicherung: Durch Kühlung auf -253 °C wird Wasserstoff verflüssigt. Dies reduziert das Volumen, erfordert aber energieintensive Kühlung.
- Feststoffspeicherung: Wasserstoff kann in chemischen Verbindungen, sogenannten Hydriden, gespeichert werden. Diese Technologie ist noch in der Entwicklungsphase.
Transport von Wasserstoff
Der Transport von Wasserstoff kann entweder in komprimierter Form oder als Flüssigwasserstoff erfolgen. Darüber hinaus wird an der Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak oder Methanol geforscht, um den Transport effizienter zu gestalten. Auch Pipelines bieten eine Möglichkeit, Wasserstoff über größere Entfernungen zu befördern, erfordern jedoch umfangreiche Infrastrukturinvestitionen.
Umwandlung und Nutzung von Grünem Wasserstoff
Grüner Wasserstoff kann in verschiedenen Sektoren eingesetzt werden, um fossile Brennstoffe zu ersetzen und CO₂-Emissionen zu reduzieren.
Umwandlung in Strom und Wärme
- Brennstoffzellen: Wasserstoff kann in Brennstoffzellen verwendet werden, um Strom und Wärme zu erzeugen. Diese Technologie wird bereits in Fahrzeugen, Haushalten und industriellen Anwendungen eingesetzt.
- Kraftwerke: In Gaskraftwerken kann Wasserstoff mit Erdgas gemischt oder in Zukunft komplett ersetzt werden, um CO₂-neutrale Energie zu erzeugen.
Nutzung in der Industrie
- Stahlproduktion: In der Stahlindustrie kann Wasserstoff anstelle von Koks verwendet werden, um Eisenerz zu reduzieren, was den CO₂-Ausstoß drastisch reduziert.
- Chemische Industrie: Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff in der chemischen Industrie, insbesondere bei der Herstellung von Ammoniak und Methanol, die wiederum Grundstoffe für viele weitere chemische Prozesse sind.
Mobilität und Verkehr
- Wasserstofffahrzeuge: Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) bieten eine Alternative zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen, insbesondere in Bereichen, wo lange Reichweiten oder schnelle Betankungszeiten erforderlich sind, wie im Schwerlastverkehr.
- Schiffs- und Luftverkehr: Wasserstoff wird als zukünftiger Kraftstoff für Schiffe und Flugzeuge erforscht, um diese schwer dekarbonisierbaren Sektoren klimaneutral zu machen.
