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Wasserstoff – Gold oder Traum?

(MH) Und weiter geht es mit dem vierten Teil im Kontext zur Machbarkeitsstudie „Wasserstoff Modellregion Havelland“ die von Landrat Lewandowski (CDU) und seinem Team initiiert wurde. Was ist eigentlich Wasserstoff und wo kann dieser Stoff eingesetzt werden? Michael Huppertz auf den Spuren vom Wasserstoff.

Wasserstoff gilt als zukunftsträchtiger Energieträger, das einfachste und am häufigsten vorkommende Element im Universum, der in verschiedenen Sektoren von der Energieerzeugung bis zur chemischen Industrie breite Anwendung findet. Dieses Element bietet viele Vorteile, steht aber auch vor erheblichen Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. 1766 wurde erstmals vom britischen Wissenschaftler Henry Cavendish Wasserstoff identifiziert. Cavendish erkannte, dass beim Einleiten von Säure auf Metalle ein Gas freigesetzt wird, das er „brennende Luft“ nannte aber noch nicht als chemisches Element erkannte. Fast ein Jahrhundert später, im Jahr 1839, entdeckte der walisische Wissenschaftler Sir William Grove dann das Prinzip der Brennstoffzelle, das eine Methode zur Umwandlung der chemischen Energie von Wasserstoff und Sauerstoff direkt in Elektrizität darstellt, wobei Wasser als einzige Emission entsteht.

Wasserstoff Initiative beim Bundesrat: Land Brandenburg, Berlin und Mecklenburg-Vorpommern

Trotz dieser frühen Entdeckungen blieb die weitere Erforschung und Nutzung von Wasserstoff über viele Jahrzehnte hinweg begrenzt. Dies lag hauptsächlich an der Dominanz fossiler Brennstoffe wie Kohle und Öl, die leicht zugänglich und kostengünstig waren, was ihre Nutzung für industrielle Anwendungen und Energieerzeugung begünstigte. Zudem waren die technologischen Herausforderungen und Kosten, die mit der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff verbunden sind, erheblich und verhinderten lange Zeit eine breitere Anwendung. Erst mit dem wachsenden Bewusstsein für Umweltprobleme und der Suche nach sauberen Energiequellen in den letzten Jahren gewann Wasserstoff wieder an Bedeutung als potenziell klimafreundliche Energiealternative. Das Land Brandenburg brachte die Wasserstoff Initiative bereits 2019 in den Bundesrat ein und erneuerte gemeinsam mit Berlin und Mecklenburg-Vorpommern die Stärkung der regionalen Wasserstoffwirtschaft im Kampf gegen vernachlässigtem Netzaussbu und damit zur Entlastung der bestehenden Netze beitragen.
Dazu der Brandenburger Wirtschafts- und Energieminister Minister Jörg Steinbach (SPD) mit der Zielsetzung den Wasserstoff vor Ort zu produzieren:

„Da erneuerbare Energien ein wichtiger Standortfaktor geworden sind, ist es wichtig, den regionalen Verbrauch von Strom aus erneuerbaren Energien zu fördern. Das erhöht die Akzeptanz für den Ausbau von entsprechenden Energieanlagen und sichert damit eine klimafreundliche Stromversorgung.“ .

Grauer und grüner Wasserstoff – Herstellung und Produktion

Die Herstellung von Wasserstoff kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Die gängigste Methode ist die Dampfreformierung, bei der Erdgas unter Hitze umgesetzt wird, um (grauen) Wasserstoff zu gewinnen. Dieser Prozess ist kosteneffizient, hat jedoch den Nachteil, dass dieser erhebliche Mengen an Kohlendioxid freisetzt, was den Verbrauch aus ökologischer Sicht problematisch macht.

Die umweltfreundlichere Alternative und das am meist diskutierte Verfahren ist die Elektrolyse, bei der Wasser mittels elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Denn: wird der Strom aus erneuerbaren Quellen gewonnen, ist diese Methode besonders nachhaltig (grüner Wasserstoff), allerdings sind die höheren Kosten eine Herausforderung für die Skalierung. 

Türkise Wasserstoffproduktion durch Pyrolyse

Doch neben den etablierten Methoden der Produktion wie Dampfreformierung und Elektrolyse gibt es auch innovative Ansätze wie die Pyrolyse von Reststoffen wie Restholz, Klärschlamm, Kunststoffen und sogar Windeln.

Die Pyrolyse ist ein thermischer Zersetzungsvorgang, bei dem organische Materialien wie Restholz oder Kunststoffe in Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt werden. Dieser Prozess erzeugt neben anderen Produkten auch Wasserstoff. Diese Form der Wasserstoffgewinnung könnte besonders in einer zirkulären Wirtschaft eine wichtige Rolle spielen, da sie hilft, Abfallströme zu reduzieren und gleichzeitig Energie zu erzeugen. Die Integration der Pyrolyse von Reststoffen in die Wasserstoffproduktion zeigt innovative Wege auf, wie Wasserstoff umweltfreundlich und effizient erzeugt werden kann, während gleichzeitig die Abfallverwertung optimiert wird. 

Und die Vorteile sind

Wasserstoff bietet zahlreiche Vorteile. Er ist dann nachhaltig, wenn er mittels erneuerbarer Energiequellen hergestellt wird, und verfügt über eine hohe Energieeffizienz mit der höchsten Energie pro Masse aller Brennstoffe. Diese Eigenschaften machen ihn ideal für den Transportsektor und für Anwendungen, bei denen eine hohe Energiedichte erforderlich ist. 

Darüber hinaus ist Wasserstoff extrem vielseitig, da er nicht nur in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden kann, sondern auch als Treibstoff oder als Rohstoff in der chemischen Industrie dient.

Vielschichtige Verwendung

Hierzu einige Bereiche, in denen Wasserstoff Verwendung findet :

Transportsektor: 

Aufgrund seiner hohen Energiedichte ist Wasserstoff besonders geeignet für den Transportsektor, insbesondere für Fahrzeuge, die lange Strecken zurücklegen müssen oder schwere Lasten transportieren, wie Busse, Lastwagen und Züge. Auch in der Luft- und Schifffahrt wird Wasserstoff als möglicher sauberer Brennstoff zur Reduzierung von Emissionen erforscht.

Stationäre auch dezentrale Energieerzeugung: 

Wasserstoff kann in Brennstoffzellen genutzt werden, um saubere Elektrizität zu erzeugen. Diese Technologie kann sowohl in großem Maßstab zur Stromerzeugung als auch in kleineren Einheiten für Notstromaggregate oder in abgelegenen Gebieten ohne Anbindung an das Stromnetz eingesetzt werden. Es kann aber auch als Beimischung zu herkömmlichen Gasen dienen, um deren ökologischen Fußabdruck zu verbessern.

Energiespeicherung: 

Wasserstoff kann als Energiespeicher dienen, um Überschussstrom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie zu speichern. In Zeiten geringer Energieproduktion oder hoher Nachfrage kann der gespeicherte Wasserstoff dann genutzt werden, um die Energieversorgung sicherzustellen und somit die Netzstabilität zu erhöhen.

Industrielle Anwendungen:

In Industrien, die große Mengen an Energie benötigen, wie die Stahl- und Chemieindustrie, kann Wasserstoff als sauberer Brennstoff zur Wärmeerzeugung und als Reduktionsmittel bei Hochtemperaturprozessen eingesetzt werden, um Emissionen zu senken.

Als Rohstoff

Wasserstoff wird in der chemischen Industrie, insbesondere zur Herstellung von Ammoniak für Düngemittel und in Raffinerien zur Produktion von Erdölprodukten verwendet.

Die Verwendung von Wasserstoff ist somit als ein Puzzleteil im Energiemix definiert, der die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und die CO2-Emissionen signifikant reduziert, was für die Erreichung globaler Klimaziele entscheidend ist. Auch hier gilt der Grundsatz, erst der Energiemix ermöglicht eine zukunftsfähige, sichere und nachhaltige Energieversorgung.

Und Nachteile?

Es gibt jedoch auch Nachteile, die nicht außer Acht gelassen werden dürfen. Die Speicherung und der Transport von Wasserstoff sind aufgrund seiner geringen Molekülgröße herausfordernd. Er muss unter hohem Druck oder bei extrem niedrigen Temperaturen gelagert werden, was die Infrastrukturkosten erheblich erhöht. Die Kosten für die Produktion, insbesondere durch Elektrolyse, sind hoch und die hohe Entzündlichkeit von Wasserstoff erfordert strenge Sicherheitsmaßnahmen.

Quintessenz

In der Gesamtheit betrachtet bleibt, dass Wasserstoff das Potenzial hat, eine Schlüsselrolle in der Energiewende zu spielen. Die Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Sicherheit und Infrastruktur bleiben bestehen, doch fortlaufende technologische Entwicklungen und politische Unterstützung können erst dazu beitragen, diese zu überwinden und Wasserstoff als Schlüsselelement einer nachhaltigen Energiezukunft zu etablieren, politische Streitereien darüber bedeuten Verzögerungen und Nachteile für den Standort Deutschland. Auch unter diesem Aspekt ist die Machbarkeitsstudie „Wasserstoff Modellregion Havelland“ bereits jetzt schon ein Zugewinn für die Region.

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