Energiewende: Wasserstoff-Herstellung

Wasserstoff als Zukunft und Risiko

Die Welt soll sauber werden, doch Wasserstoff alleine ist noch nicht die Lösung. Er muss auch sauber hergestellt werden. Die Brennstoffzelle gilt auch hier als Schlüssel.

Wasserstoff als Zukunft und Risiko

Wasserstoff stellt mit 90 Prozent das häufigste Element im Universum dar kommt aber auf der Erde in reiner Form nicht vor. Deshalb ist er auch kein Primärenergieträger, das heißt, man muss ihn zuerst einmal mit hohem Energieaufwand herstellen. Am öftesten tritt er in Verbindung mit Sauerstoff in Form von Wasser (H2O) auf, aber auch in vielen Verbindungen mit Kohlenstoff. Heute wird Wasserstoff mit unterschiedlichen Verfahren zum Großteil aus Kohlenwasserstoffen gewonnen. Jährlich werden weltweit etwa 50 Millionen Tonnen hergestellt, 40 Prozent davon fallen als Nebenprodukt der Chlorherstellung und bei Raffinerieprozessen an, 60 Prozent des Wasserstoffs werden eigens erzeugt. 95 Prozent des industriell hergestellten Wasserstoffs stammen aus Kohlewasserstoffen, nur 5 Prozent werden aus Wasser durch Elektrolyse gewonnen.

Wasserstoff als Zukunft und Risiko
Dieser Prozess funkioniert in beide Richtungen, also nicht nur zur Stromerzeugung aus Wasserstoff, sondern auch zur Wasserstofferzeugung aus Strom. Bild: Daimler

Die PEM-Brennstoffzelle als Herzstück

Hier ist ein springender Punkt: Der Umstieg von fossilen Energieträgern auf den sauberen Wasserstoff ist nur im Rahmen einer Energiewende sinnvoll, das heißt, die Gewinnung sollte idealerweise in einem Elektrolyse-Prozess aus Wasser und regenerativ gewonnenem Strom erfolgen. Derzeit deutet alles darauf hin, dass der Protonen-Austausch-Elektrolyseur zum technologischen Schlüsselelement wird, also die so genannte PEM-Brennstoffzelle. Ihr Funktionsprinzip lässt sich sowohl zur Herstellung des Wasserstoffs aus Strom anwenden, wie auch in die Umgekehrte Richtung Wasserstoff zu Strom.

Wasserstoff als Zukunft und Risiko
Das Besondere der PEM-Elektrolyse ist die protonenleitende Proton-Exchange-Membrane. Ihre spezielle Eigenschaft: Sie ist durchlässig für Protonen, aber nicht für Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff. Im Automotive Bereich heißt der Marktführer Gore, das ist die Firma mit den atmungsaktiven Anoraks, aber es gibt weitere Player, hier im Bild eine Anlage von Siemens. Foto: Siemens

Energieträger: Neben Kohlenstoff nur Wasserstoff

Warum Wasserstoff als Energieträger der Zukunft gesehen wird, obwohl der Umgang mit dem leichtflüchtigen Gas nicht ganz einfach ist, liegt auf der Hand: Wenn man den (fossilen) Kohlenstoff weglässt, bleibt nichts anderes mehr übrig. Neben dem Verkehrssektor ist vor allem auch die Schwerindustrie ein gewichtiger Kohlenstoff-Emittent, etwa in der Eisen- und Stahlgewinnung. Auch der Prozess im Hochofen kann von Koks auf Wasserstoff umgestellt werden. So errichtet die Voestalpine in Linz gemeinsam mit Siemens und dem Verbund gerade die größte Wasserstoff-Pilotanlage der Welt auf Basis der Protonen Austausch-Technologie (PEM).

Das Spiel mit den Wirkungsgraden

Hier ergibt sich ein interessantes Zahlenspiel. Ein Verbrennungsmotor weist im Schnitt über alles einen Wirkungsgrad von 25 Prozent auf. Für die Brennstoffzelle wird allgemein ein Wirkungsgrad von 50 Prozent angenommen. Während Erdöl schon als fast fertiger Energieträger aus dem Bohrloch sprudelt, muss Wasserstoff erst hergestellt werden. Hier ist die Brennstoffzelle also zweimal im Spiel, bei der Hertellung von Wasserstoff mit Strom und bei der Umwandlung zurück in Strom, macht am Ende also auch nur 25 Prozent. Es gibt also auch im Bereich von Strom und Wasserstoff keine Zaubereien, aber doch einen signifikanten Unterschied: Mit Strom und Wasserstoff ist ein Verkehr ohne fossile Energieträger im heute gewohnten Sinn möglich.

Rudolf Skarics

Wasserstoff als Zukunft und Risiko

 

Pflichtlektüre. Klell, Eichlseder, Trattner: Das Standardwerk zum Thema Wasserstoff, bereits in vierter Auflage, in zehn Jahren angewachsen auf 320 Seiten. € 87,40.

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