Wasserstoff / Brennstoffzellen
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Warum Wasserstoff?

Wasserstoff kann auf eine lange Tradition als Energieträger und chemischer Rohstoff zurückblicken. Sein hoher Energieinhalt - bei 1 kg Gewicht etwa 3,5 l Öl entsprechend - zeichnete ihn schon früh als idealen Treibstoff dort aus, wo das Gewicht vor dem Volumen eine dominante Rolle spielt: Zum Auftrieb eines Ballons oder Zeppelins und später als Treibstoff für Raumfahrzeuge. In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts beruhte die gesamte Gasversorgung auf Stadtgas, einem Kohlegas, das zu mehr als der Hälfte aus Wasserstoff besteht. Erst mit der Erschließung der Erdöl- und Erdgasvorkommen wurde Wasserstoff nach und nach aus den öffentlichen Leitungsnetzen verdrängt. Noch im Jahr 1992 wurde der Einsatz von fast 3 Mrd. m3 Stadtgas (und hiervon etwa ein Drittel in den alten Bundesländern) im privaten Haushalts- und Kleinverbraucherbereich in Deutschland getätigt. Dies entspricht etwa 10 % des Erdgaseinsatzes in diesen Bereichen. Während die Verdrängung des Wasserstoffs als Energieträger mit abnehmendem Kohleeinsatz im Energiesektor erfolgte, werden ihm dort langfristig gute Chancen für eine Wiederkehr eingeräumt, sofern seine Vorteile der regenerativen Erzeugung und der Kohlenstofffreiheit entsprechend nachgefragt werden. Warum aber sollte diese Nachfrage künftig wieder steigen? In der lokalen Emissionsbilanz erfolgt der große Quantensprung bereits durch eine Umstellung von Benzin und Diesel auf Erdgas. Wasserstoff erbringt hier Vorteile jenseits der bestehenden und angedachten Emissionsnormen. Ein Einsatz kann daher nur dort sinnvoll sein, wo neben die lokale Emissionsarmut noch andere Vorteile treten. Als Sekundärenergieträger bietet Wasserstoff die Chance, durch Änderung der Energieträgeranteile schrittweise von CO2-emittierendem zu CO2-freiem Verkehr unter Beibehaltung der Anwendungstechnologie umzuwechseln. Basis einer langfristigen Umstellung bildet einerseits die Sorge um die Endlichkeit fossiler Energierohstoffe, andererseits das Gebot, alle (und insbesondere auch die klimarelevanten) Emissionen drastisch zu reduzieren. Hierbei ist es unerheblich, ob die Endlichkeit der Ressourcen oder das Schadstoffaufnahmevermögen der Atmosphäre eher das Handeln diktiert. Erst vor diesem Hintergrund im Verbund mit regenerativer Energieerzeugung kommt Wasserstoff eine strategische Bedeutung zu

  • zur Speicherung von Energie,
  • zum Transport von Energie und
  • als schadstofffreier mobiler Energieträger.
Akzeptiert man diese Überlegungen, so wird aufgrund der langen Vorlaufzeiten bis zur Erlangung relevanter Marktanteile eine frühzeitige kontinuierliche Entwicklung, Erprobung und Demonstration notwendig, die bereits heute begonnen werden muss.

Der Einstieg in eine Wasserstoffenergiewirtschaft in großem Stile wird auch dann als wichtige Option gesehen, wenn der Beitrag von fluktuierend einspeisenden Stromerzeugern (Windenergie, Sonnenenergie) ein solches Ausmaß erreicht, dass Stromangebot und -nachfrage nur über einen Speicher angepasst werden können. Simulationsrechnungen mit den Eckdaten der deutschen Stromwirtschaft zeigen, daß dies bei einem Anteil regenerativer Energieträger von etwa 20 - 25 % am Strommix notwendig wird, wobei diese Grenze nicht starr zu sehen ist. Als „Speichermedium" von Strom hat Wasserstoff heute die attraktivsten Eigenschaften: Gegenüber der Stromspeicherung in Akkumulatoren ist der Materialaufwand um ein Vielfaches geringer. In kleinem Stile wird diese Anwendungsvariante im energieautark versorgten Solarhaus des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme praktiziert. Nicht benötigter Solarstrom wird dort in einem 5 m3 Wasserstofftank gespeichert und wahlweise zur Heizungsunterstützung, zum Kochen oder zur Rückverstromung in Zeiten schwachen Solarangebots genutzt. Wollte man dieselbe Energiemenge in Akkumulatoren speichern, so wäre ein Bleiakkumulator von mehr als 40 t Gewicht und 100 m3 Volumen vonnöten.

Unabhängig von diesen Langfristoptionen bietet sich Wasserstoff als schadstofffreier Treibstoff für Verkehrsanwendungen an, wobei zunächst Straßenfahrzeuge zur Emissionsentlastung von Innenstädten gesehen werden, langfristig jedoch alle Verkehrsmittel hiervon betroffen sein könnten, seien es Schiffe, Eisenbahnen oder Flugzeuge. Den Vorteilen der Schadstofffreiheit und des geringen Treibstoffgewichts steht jedoch ein großes Tankvolumen und Tankgewicht gegenüber, das bei kleinen Fahrzeugen Einschränkungen an die Reichweite und Nutzlast vorgibt.

Neben diesen drei großen Bereichen zeichnet sich in den letzten Jahren durch die Entwicklungsfortschritte bei Brennstoffzellen als frühzeitige Nischenanwendung auch die Verstromung von Wasserstoff ab. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Herstellungskosten in den Bereich der Kosten konventioneller Technologien gerückt werden können. Die weltweiten Bemühungen der auf diesem Gebiet führenden Unternehmen deuten darauf hin, daß ein Markteintritt in großem Stile um die Jahrtausendwende erwartet werden kann. Sollten sich hier die Erwartungen erfüllen, so könnte die Brennstoffzelle (ähnlich der Photovoltaik) schon früh im kommenden Jahrhundert eine Umwälzung der gesamten Energiewirtschaft einleiten, die in ihrer Dynamik und Dimension mit der Verdrängung des Transistors durch die Mikroelektronik und deren Auswirkungen auf den gesamten Medien- und Kommunikationssektor vergleichbar sein dürfte.

Verfolgt man nun die Strategie, Wasserstoff langfristig als Energieträger zu etablieren, so bieten sich die frühen "Nischenanwendungen" im Verkehrsbereich oder über die Brennstoffzelle als erste Märkte an. In der Umgebung konventioneller Wasserstofferzeuger aus der Chemie kann in einer ersten Phase eine kostengünstige Einführung und Erprobung stattfinden. Hierdurch könnte sich innerhalb der kommenden fünf bis zehn Jahre ein ökonomischer Markteinstieg eröffnen, der mittelfristig über Importwasserstoff und weitere Wasserstoffquellen (z.B. Biomassevergasung) tragfähig ausgebaut werden könnte.