„Solare Wasserstoffwirtschaft“ – Versionsunterschied

Eine Wasserstoffwirtschaft ist eine Energiewirtschaft, in der auf allen Ebenen mit Wasserstoff gehandelt und gewirtschaftet wird. Es existieren verschiedene Technologien zur Herstellung und Speicherung von Wasserstoff. Die Vorteile der Wasserstoffwirtschaft kommen dann voll zum Tragen, wenn eine nachhaltige Verwendung erneuerbarer Energien bzw. anderer umweltschonend erzeugter Energieformen vorliegt. Im Falle der Stromgewinnung durch Sonnenenergie spricht man von einer solaren Wasserstoffwirtschaft.

Technologie und Infrastruktur

In einer echten solaren Wasserstoffwirtschaft werden alle solaren Primärenergien in Wasserstoff umgewandelt und in dieser Form an den Endverbraucher geliefert. Die Umwandlung elektrischer Energie in Wasserstoff erfolgt mittels Elektrolyse. Kohlenstoffhaltige Energieträger wie fossile Energieträger oder Biomasse werden in regionalen Anlagen durch direkte chemische Umwandlung bei hohen Temperaturen (Wasserdampfreformierung bzw. Steam-Reforming) in Wasserstoff umgewandelt. Dieser wird sodann durch die schon bestehenden Gasverteiler-Netze dem Endverbraucher zugeleitet. Hier wird der Wasserstoff (beim Endverbraucher!) zunächst einer Brennstoffzelle zugeführt, die aus der chemisch gebundenen Energie des Wasserstoffs Strom und Wärme erzeugt. Da etwa die Hälfte der Energie als Strom anfällt, ist ein hoher Überschuss an Strom zu erwarten. Dieser lässt sich jedoch verlustfrei in Wärme umformen. Verluste treten praktisch nur bei der Konversion der Primärenergie in Wasserstoff auf. Diese Verluste betragen jedoch nur etwa 10% der Primärenergie, während die derzeit praktizierte Energiewirtschaft mit Verlusten von über 60% arbeitet. Die Effizienz einer Wasserstoffwirtschaft wäre also mehr als doppelt so hoch. Das hat Auswirkungen auf Kosten und Potenziale. Zur Verteilung des Wasserstoffs könnte das vorhandene Erdgasnetz mit seinen Speichern im Untergrund ohne grundlegende technische Modifikationen genutzt werden. Die Tankstellen würden daran genauso angeschlossen wie Wohngebäude und Fabriken. Ein Stromnetz würde damit weitgehend überflüssig.

Brennstoffzellen am Wasserstoff-Netz können sich auf alle Laständerungen sehr schnell einstellen, was sie für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet macht. Wasserstoff wird in Hochdruckbehältern (700 bar) getankt. Brennstoffzellenfahrzeuge befinden sich überall auf der Welt in der Erprobung. Sie sind noch nicht serienreif.

Darüber hinaus würde die Umrüstung bzw. Neuaufstellung allein der in Deutschland mit fossilen Brennstoffen bewegten Fahrzeug- und Maschinenflotte (PKW, LKW, Motorräder, Baumaschinen, Dieselloks, Panzer etc.; zusammen etwa 50+ Mio. Antriebseinheiten) auf Brennstoffzellentechnologie ca. 1-2 Jahrzehnte beanspruchen und wäre eine volkswirtschaftliche Kraftanstrengung in 2-3-stelliger Milliardengröße. Sie wäre nur mit einer kriegswirtschaftlichen Anstrengung vergleichbar. Für einen "sanften", geordneten und koordinierten Übergang in die Nach-Erdölzeit hätten die Umstellungsmaßnahmen allerdings - gleich, ob auf Brennstoffzellen- bzw. Wasserstofftechnologie oder auf andere Petroleum-Ersatzstoffe - schon vor mindestens 20 Jahren auf breiter Front begonnen haben müssen, wie u.a. die wegweisende Studie von Robert L. Hirsch ("Science Applications International Corporation" - SAIC) im Auftrag des US-Energieministeriums ergeben hat: "PEAKING OF WORLD OIL PRODUCTION: IMPACTS, MITIGATION, & RISK MANAGEMENT" [1].

Im Zusammenhang mit der Diskussion über das sich abzeichnende Zuendegehen des Erdölzeitalters - sog. "Peak-Oil"-Debatte - rückt die Frage nach der rechtzeitigen und quantitativ ausreichenden Verfügbarkeit von Brennstoff- bzw. Mobilitätsalternativen immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses, aber auch zunehmender Besorgnis, wie die "Hirsch-Studie" eindringlich belegt.

Ökonomie und Potenziale

Die Technologien zur Installation einer echten Wasserstoffwirtschaft sind verfügbar und hinreichend entwickelt. Deshalb sind erste Schätzungen über die Kosten mit ausreichender Genauigkeit möglich. Die kostengünstigste Primärenergie ist danach Biomasse. Strom müsste deutlich weniger als 2 ct/kWh kosten, um wettbewerbsfähig zu sein. Das ist weder mit Windstrom noch mit Atomstrom möglich.

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Wasserstoffwirtschaft

Für die Wasserstoffherstellung kann die Biomasse auch feucht sein, denn der Prozess benötigt ohnehin Wasser. Mit grüner Biomasse, auch in Form von lagerfähiger Silage, wird also ein ganz neues Potenzial erschlossen. Wenn in Europa auf den Export von Lebensmitteln zu Dumpingpreisen verzichtet würde, stünde für eine 100%-ige Energieversorgung mehr als genug Biomasse zur Verfügung. Bei gleichem Energie-Äquivalentpreis von Biomasse und Rohöl (73 €/t Trockenmasse bzw. 24 €/Fass Rohöl), wären die Energiekosten in einer Wasserstoff-Wirtschaft nur halb so hoch wie in der real vorhandenen Energiewirtschaft. Die Landwirtschaft kann bei diesen Preisen auch ohne Subventionen mehr als kostendeckend wirtschaften. Die größten Kostenvorteile sind im Verkehr und in der Stromerzeugung vor Ort zu erwarten. Schon jetzt (Ende 2005) wäre die Versorgung von Privathaushalten mit Heiz-Energie auf Wasserstoff-Basis deutlich billiger als auf Erdgas-Basis.

Um das Henne-und-Ei-Problem zwischen der Verfügbarkeit preisgünstiger serien-gefertigter Brennstoffzellen und der Verfügbarkeit von Wasserstoff zu lösen, wäre der sofortige Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft auch ohne Brennstoffzellen ohne kostenträchtige Umstellungen möglich. Bei den Heizanlagen (Wärme-Erzeugern) wären nur die Brenner-Düsen auszuwechseln. Dies war auch bei der Umstellung von Stadtgas auf Erdgas schon erfolgreich und problemlos praktiziert worden.

Ökologie

Bei der Nutzung des Wasserstoffs mit Brennstoffzellen entstehen nur Strom, Wärme und Wasser. Eine solare Wasserstoffwirtschaft mit Biomasse ist demnach nahezu emissionsfrei. Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie. Das Konzept ist klimaneutral, weil das freigesetzte CO₂ zuvor von der Pflanze der Atmosphäre entzogen wurde. Da das CO₂ in konzentrierter Form anfällt, ließe es sich sogar mittels der CO₂-Sequestrierung im Untergrund speichern. Damit könnte der globalen Erwärmung entgegengewirkt werden.

Babylonische Sprachverwirrung

Stromwirtschaft mit Wasserstoffspeicher - keine Wasserstoff-Wirtschaft

Stromwirtschaft mit Wasserspeicher - keine Wasser-Wirtschaft

In der Öffentlichkeit wird häufig von einer solaren Wasserstoffwirtschaft berichtet, die in Wirklichkeit eine Stromwirtschaft mit einem zusätzlichen Speicherelement ist. Neben Pumpspeicher- und Druckluftkraftwerken soll überschüssiger Solarstrom in Form von Wasserstoff gespeichert und bei Bedarf in Brennstoffzellenkraftwerken rückverstromt werden. Der Strom wird dann über das nationale Stromnetz an den Verbraucher geliefert. Die zweimalige Umwandlung in zentralen Anlagen führt zu Energieverlusten von 60% bis 80%. Der rückgespeiste Strom ist dann ungefähr 4-mal teurer als der teure Solarstrom. Die Bezeichnung „Wasserstoffwirtschaft“ ist hier genau so fehl am Platze wie die Bezeichnung „Wasserwirtschaft“ für unsere Stromwirtschaft mit Pumpspeicherkraftwerken. Dennoch verwenden fast alle Fach- und Medienberichte diese unechte Form einer Wasserstoffwirtschaft. Die Weblinks und Literaturangaben beschreiben denn auch alle, bis auf „Bio-Wasserstoff“, diese unechte solare Wasserstoffwirtschaft oder setzen sie stillschweigend voraus, wie hier heise.de/newsticker - Umweltbundesamt nennt es Utopie

Häufige Fragen

Wie kommt der erste Wasserstoff zu den Tankstellen? Wenn noch kein Wasserstoffnetz existiert: mit Tankwagen, die flüssigen Wasserstoff (-253 °C) transportieren. Damit können dann auch Drucktanks befüllt werden. Die dafür notwendigen technischen Vorrichtungen sind sämtlich schon heute verfügbar.

Ist die Verdichtung des Wasserstoffs auf 700 bar nicht eine riesige Energieverschwendung? Zur Verdichtung muss ca. 10 % der getankten Energie für die Kompressoren aufgewendet werden. Diese Energie wird als Wärme frei. Allerdings sind die Kosten für Herstellung und Mitführen ausreichend sicherer Tanks in Fahrzeugen bei diesen Kostenabschätzungen nicht mitberücksichtigt worden.

Sind die Leckverluste in einem Wasserstoffnetz nicht riesig? Würde man Wasserstoff in unser heutiges Erdgasnetz füllen, würden die Leckverluste sogar sinken. Diese sind mit ca. 0,1 % der transportierten Menge weder ein wirtschaftliches noch ein Sicherheitsproblem.

Sind zur Installation einer Wasserstoffwirtschaft nicht riesige Investitionen erforderlich? In der Tat. Wenn man die unechte Form einer Wasserstoffwirtschaft betrachtet, sind immense Investitionen erforderlich. Bei der echten Form einer Wasserstoffwirtschaft, die sich vorwiegend auf Biomasse stützt, sind Investitionen von 30-40 Mrd. € vergleichsweise gering. Würde man beispielsweise die Investitionen, die die Branche der Erneuerbaren Energien ohnehin plant (Essener Deklaration von 2005), auf die Wasserstoffwirtschaft fokussieren, könnte man damit die komplette neue Infrastruktur mit allen Wasserstofffabriken in drei Jahren bezahlen. Auch ein anderer Vergleich macht den bescheidenen Finanzbedarf deutlich: Die Investitionen sind nur halb so hoch wie beim geplanten Neubau von 40.000 MW als Ersatz für veraltete Kraftwerke in den nächsten 10 Jahren. Die zu investierende Summe wäre auch kleiner als die eingesparten Energiekosten eines einzigen Jahres. Eine echte solare Wasserstoffwirtschaft kann also aus technischer und finanzieller Sicht ziemlich schnell eingeführt werden.

Siehe auch

• Erneuerbare Energien
• Wasserstoffgesellschaft, Wasserstoffantrieb, Wasserstoffverbrennungsmotor

Weblinks

• www.wasserstoff-wirtschaft.com - Wasserstoff-Wirtschaft
• www.h2am.de - Wasserstoff & Wirtschaft, Informationen von Dr. A.-S. Rühle
• www.bio-wasserstoff.de - Solare Wasserstoffwirtschaft mit Biomasse
• www.h2stations.org - Worldwide Hydrogen Refuelling Stations
• www.hydrogen.org - HyWeb – das Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Informations-System im Internet
• Wasserstoff - Testfeld Island
• Duncan Graham-Rowe: Wasserstoff aus Biomasse, in: Technology Review, 22. Mai 2006. Beschreibung einer neuen Technologie zur Herstellung von Wasserstodff aus Biomasse.

Weblinks, die eine unechte solare Wasserstoffwirtschaft beschreiben oder diese stillschweigend voraussetzen:

• www.energie-fakten.de - Wie sind die Aussichten einer solaren Wasserstoffwirtschaft? (PDF, 46 kB)
• www.wbgu.de Potenziale der Wasserstoffwirtschaft
• www.dwv-info.de Europäische Technologieplattform Wasserstoff und Brennstoffzellen (HFP), pdf-Datei 285 kB

Kritische Links

• Ulf Bossel (2005): "Elektronenwirtschaft" statt "Wasserstoffwirtschaft", in: Solarzeitalter 2/05 (PDF)
• Ders. (2006): Wasserstoff löst keine Energieprobleme

Literatur

• Alf-Sibrand Rühle, Sven Geitmann: Wasserstoff & Wirtschaft – Investiere in in eine saubere Zukunft. Hydrogeit Verlag, Kremmen, März 2005, ISBN 3937863028
• Jeremy Rifkin: DIE H2-REVOLUTION - Mit neuer Energie für eine gerechte Weltwirtschaft. campus Verlag, 2002, ISBN 3-593-37097-2
• Karl-Heinz Tetzlaff: Bio-Wasserstoff - Eine Strategie zur Befreiung aus der selbstverschuldeten Abhängigkeit vom Öl. BoD Verlag, 2005, ISBN 3-8334-2616-0