Grüner Wasserstoff als Schlüssel für die Energiewende
Heute basieren rund 85 % des Endenergieverbrauchs in Europa auf fossilen Brennstoffen. Um die Energiewende zu ermöglichen, ist ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung notwendig. Grüner Wasserstoff braucht erneuerbaren Strom als Grundlage. Die Entwicklung von Wasserstoffproduktionsanlagen wird die notwendige Sicherheit schaffen, um grosse Investitionen in erneuerbare Energieanlagen wie Offshore-Windparks zu ermöglichen. Grüner Wasserstoff wird ein wichtiger Motor für das Wachstum der erneuerbaren Energieerzeugung in ganz Europa werden.
Was ist grüner Wasserstoff?
Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von erneuerbarem Strom hergestellt, um das H2O-Molekül in Sauerstoff (O2) und Wasserstoffgas (H2) zu spalten. Das Wasserstoffgas kann dann komprimiert und in Pipelines oder in mobile Speicherbehälter zur Verteilung geleitet werden.
Heute wird der meiste Wasserstoff aus Erdgas hergestellt, dass das klimaschädliche Gas CO2 freisetzt. Es gibt jedoch eine Reihe von Möglichkeiten, kohlenstoffarmen Wasserstoff sowohl aus fossilen als auch aus nichtfossilen Energieträgern zu erzeugen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über einige der gängigsten Wasserstoffarten.
Grüner Wasserstoff durch Wasserelektrolyse
Der Wasserstoff-Regenbogen
Die gängigsten Arten der Wasserstofferzeugung.
Grau
Wasserstoff, der aus Erdgas durch ein Verfahren gewonnen wird, das als Dampf-Methan-Reformierung oder SMR bekannt ist. Über 99 % des heute verwendeten Wasserstoffs ist grau oder wird aus anderen fossilen Brennstoffen wie Öl oder Kohle gewonnen.
Blau
Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt wird, wobei jedoch das CO2 abgeschieden und gespeichert wird, anstatt es in die Atmosphäre freizusetzen. An Standorten mit reichlichen Gasreserven werden grosse blaue Wasserstoffprojekte entwickelt.
Türkis
Wasserstoff wird in einem Prozess namens Methanpyrolyse erzeugt, bei dem Wasserstoff und fester Kohlenstoff entstehen. Diese Methode der Wasserstofferzeugung befindet sich noch in der Anfangsphase der Kommerzialisierung.
Grün
Grüner Wasserstoff wird durch Wasserelektrolyse unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wasser, Wind oder Sonnenenergie hergestellt.
Gelb
Hergestellt durch Elektrolyse, aber unter Verwendung von Netzstrom als Energiequelle. Da die meisten Netze Strom aus fossilen Brennstoffen enthalten, ist dieser Wasserstoff per Definition nicht grün.
Rosa
Wenn Wasserstoff durch Elektrolyse unter Verwendung von Kernenergie als Stromquelle hergestellt wird. In Ländern mit einem hohen Anteil an Kernenergie, wie Frankreich, könnte diese Art von Wasserstoff in Zukunft eine grosse Rolle spielen.
Wasserstoff als Transport- und Speichermedium für Energie
Unabhängig davon, wie der Wasserstoff hergestellt wird, spielt er eine wichtige Rolle im zukünftigen Energiesystem.
Energie wird in der Regel nicht dort benötigt, wo sie erzeugt wird, und muss daher transportiert und gegebenenfalls zwischengelagert werden. Heute werden etwa 85% der in Europa benötigten Endenergie in Form von fossilen Brennstoffen transportiert. Mit über 50% entfällt der grösste Anteil auf Erdöl und Erdgas. Die grossen Erdgasspeicher in Europa können den gesamten europäischen Energieverbrauch über Monate hinweg decken und wirken als starker Puffer zwischen Produktion und Verbrauch.
Mit dem geplanten Ausstieg aus diesen etablierten Energiequellen muss nicht nur die Energieerzeugung selbst ersetzt werden, sondern auch der Transport der Energie zum Verbraucher sowie die Speicherung der Energie müssen gelöst werden. Wasserstoff ist ein Molekül und eignet sich im Gegensatz zu Elektrizität gut zur Speicherung von Energie und kann entweder in mobilen Speicherbehältern oder, wie Erdgas, über Pipelines transportiert werden.
Um die Speicherung und den Transport von erneuerbar erzeugter Energie zu ermöglichen, muss Wasserstoff in grossem Massstab eingesetzt werden.
Anwendungsfälle von Wasserstoff
Heute wird Wasserstoff vor allem bei der Raffination von Petrochemikalien, der Herstellung von Ammoniak und Methanol sowie bei der Direktreduktion von Eisen verwendet. Die Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffnutzung in diesen Industrien basiert auf der Kostenstruktur von grauem Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird. Um diese Industrien zu dekarbonisieren, muss der graue Wasserstoff durch grünen oder andere Arten von kohlenstoffarmem Wasserstoff ersetzt werden.
Zu den kurzfristigen Anwendungsfällen für Wasserstoff gehören die Schwerlastmobilität, die mobile Stromerzeugung, das Schnellladen von Elektrofahrzeugen, die Binnenschifffahrt, Züge und Gebäude. Dabei handelt es sich meist um Anwendungen, bei denen Wasserstoff und Brennstoffzellen in direktem Wettbewerb mit Dieselkraftstoff stehen, was häufig mit Steuern und anderen Abgaben verbunden ist. Viele dieser Anwendungsfälle sind bereits heute ohne Subventionen wirtschaftlich tragfähig.
Mittel- bis langfristig müssen wir auch die Schwerindustrie und den Langstreckentransport dekarbonisieren. Hier werden Wasserstoff und aus Wasserstoff gewonnene Energieträger eine entscheidende Rolle spielen. Leider ist die wirtschaftliche Nutzung von Wasserstoff in diesen Anwendungsfällen eine grosse Herausforderung und wird erst machbar sein, wenn die Technologie zur Herstellung und Verteilung von Wasserstoff in grossem Massstab ausgereift ist.
Warum grüne Wasserstoff-Ökosysteme der Schlüssel sind
Ausgehend von hochwertigen Anwendungen wie Mobilität und Ersatz von Dieselgeneratoren durch Brennstoffzellensysteme können nicht subventionierte Anwendungsfälle die Grundlage für attraktive private Investitionen schaffen. Auf diese Weise können die grundlegenden Technologien für die Herstellung, Verteilung und Verwendung von grünem Wasserstoff vollständig risikofrei entwickelt werden, bevor sie auf die industrielle Nachfrage ausgeweitet werden.
Wie bei jeder Veränderung ist der schwierigste Teil immer der Anfang. Die Schaffung und der Betrieb von zunächst kleinen, aber sich selbst tragenden und organisch wachsenden Wasserstoff-Ökosystemen ist der Schlüssel zur Revolution der erneuerbaren Energien.
Wichtige Erfolgsfaktoren für grüne Wasserstoff-Ökosysteme:
HD Mobilität
Schwere Nutzfahrzeuge sorgen für eine grosse und konstante Abnahmemenge, was für die Sicherung von Investitionen in die Wasserstoffproduktion und die Betankungsinfrastruktur entscheidend ist. Da Wasserstoff direkt mit Diesel konkurriert, ist die Zahlungsbereitschaft der Kunden bei allen Anwendungen am höchsten.
Intelligente, effiziente und sichere Logistik
Speicher- und Logistiklösungen sowie die zugehörigen Schnittstellen und Betriebsparameter müssen die Betriebszeit maximieren und mit dem Wachstum der Netze skalierbar sein.
Technologie-Pragmatismus
Entscheidungen über die Architektur und den Komponentenbereich sind von entscheidender Bedeutung, und die Konzentration auf höchste Zuverlässigkeit bei niedrigsten Kosten maximiert die Amortisation.
Kooperativer Ansatz
Die enge Zusammenarbeit mit gleichgesinnten Akteuren, die einen besonderen Mehrwert für ein Ökosystem schaffen können, minimiert den Investitionsbedarf und die damit verbundenen Risiken für jeden einzelnen Beteiligten.
Häufige Missverständnisse über Wasserstoff:
Zu ineffizient
Bei der Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse wird etwa 1/3 der Energie in Wärme umgewandelt. Bei der Rückumwandlung in Elektrizität in einer Brennstoffzelle wird etwa die Hälfte der Energie in Wärme umgewandelt. Wenn die Wärme nicht genutzt wird, bedeutet dies, dass etwa 2/3 der ursprünglichen erneuerbaren Energie verloren gehen. Diese einfache Argumentation lässt die Tatsache ausser Acht, dass für die Energiewende riesige Mengen an erneuerbarer Energie benötigt werden, von denen ein Grossteil verloren geht, wenn wir sie nicht speichern können.
Zu gefährlich
Wird Wasserstoff in die Umwelt freigesetzt, löst er sich schnell in nicht entflammbaren und nicht explosiven Konzentrationen auf. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge sind so konstruiert und zertifiziert, dass sie die gleichen Sicherheitsstandards erfüllen wie Benzin-, Diesel- oder Batterie-Elektrofahrzeuge.
Zu teuer
Viele Studien über die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoffanwendungen betrachten nur einen Teil des Systems, nämlich das Fahrzeug. Was dabei vergessen wird, sind die Investitionen für den Aufbau der Ladeinfrastruktur sowie die zusätzliche Netzkapazität, die zum Aufladen aller batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge benötigt wird. Auf der Ebene des Gesamtsystems ist der gross angelegte Einsatz von erneuerbaren Energien und Wasserstoff als Mittel zur Speicherung und Weiterleitung dieser Energie dorthin, wo sie benötigt wird, ein wesentlicher Bestandteil unseres künftigen Energiesystems. Speicher- und Logistiklösungen sowie die zugehörigen Schnittstellen und Betriebsparameter müssen die Betriebszeit maximieren und mit dem Wachstum der Netze skalierbar sein.
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