Wie können wir das Potenzial von Wasserstoff nutzen, um saubere, sichere und bezahlbare Energie zu erhalten?

Mit mehr als 10 Millionen Tonnen, die jährlich in den USA produziert werden, wird die Wasserstoffproduktion auf eine 100-Milliarden-Dollar-Industrie geschätzt. Die Begeisterung für die Umwandlung von Elektrizität in Wasserstoff ist auf die Energiedichte zurückzuführen, die es ermöglicht, im Vergleich zu Batterien und großtechnischen Alternativen (z. B. Pumpspeicherkraftwerke) große Mengen an Energie zu speichern.

Heute liegt der Umwandlungswirkungsgrad der Elektrolyse bei etwa 50-70 % und Einheiten im MW-Maßstab werden in Betrieb genommen (siehe Abb. 7,IRENA-Bericht 2018) .

Die Experten der Stiftung Solar Impulse diskutierten anlässlich der Expertenherausforderung in München, wie die Wasserstoffwirtschaft und ihr Zusammenspiel mit der Energiespeicherung mittelfristig eine Schlüsselpriorität beim Aufbau einer nachhaltigen Zukunft sein sollte.

Die Teilnehmer des Roundtables diskutierten die Probleme, die mit den derzeitigen Methoden der Wasserstoffproduktion verbunden sind. Obwohl eine Vielzahl von Brennstoffen zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden kann (einschließlich erneuerbarer Energien, Kernenergie, Erdgas, Kohle und Öl), werden derzeit etwa 95 % des weltweit produzierten Wasserstoffs durch die Trennung von Wasserstoff und Kohlenstoff gewonnen, häufig ausgehend von Erdgas (Methan) oder Kohle (siehe Abb. 6, IEA-Bericht 2019). Tatsächlich ist die Herstellung von Wasserstoff aus kohlenstoffarmer und erneuerbarer Energie derzeit noch kostspielig, hat aber das Potenzial, in Zukunft erschwinglicher zu werden, wenn man sowohl den erwarteten Rückgang der Kosten für erneuerbare Energie als auch die zunehmende Fähigkeit zur Skalierung der Wasserstoffproduktion berücksichtigt.

Neben den erforderlichen Verbesserungen im Bereich der Versorgung kann die Energiespeicherung eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Integration von Wasserstoffsystemen spielen. Es gibt nur wenige Energievektoren, die eine Speicherung über den Zeitraum von Wochen bis Monaten ermöglichen, und so kann Wasserstoff eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung intermittierender erneuerbarer Energien spielen.

Die Speicherung von Wasserstoff ist jedoch eine Herausforderung. Während die massebezogene Energiedichte von Wasserstoff hoch ist, sogar höher als bei fossilen Brennstoffen, ist seine volumetrische Energiedichte gering, was eine energieintensive Kompression für die Speicherung erfordert. Unter den Wasserstoffspeichermethoden können physikalische Speicherung (Kompression/Kühlung) und materialbasierte Trägertechnologien (z. B. Metallhydride und hydrierte Flüssigkeiten) eingesetzt werden. Bei den Trägermaterialien wird der geringere Druck mit der Komplexität des Betriebs erkauft, die eine spezielle Be- und Entladeeinrichtung erfordert.

Wenn die Herausforderungen bei der Speicherung und Verteilung von Wasserstoff gelöst werden können, sind die potenziellen Auswirkungen weitreichend. Wasserstoff ist extrem vielseitig und überschneidet sich mit Großindustrien wie der Düngemittel-, Chemie- und Stahlherstellung. Er bietet einen dringend benötigten Weg zur tiefgreifenden Dekarbonisierung in diesen Industrien, die große Mengen an Energie verbrauchen.

Darüber hinaus kann Wasserstoff mit Erdgas gemischt werden, um bestehende thermische Anwendungen zu dekarbonisieren, und kann ideal für den Schwerlastverkehr wie Schiffe und Züge sein.

Dennoch bleibt die öffentliche Wahrnehmung des vollen Potenzials von Wasserstoff gering. Die Medienberichterstattung konzentriert sich oft nur auf Anwendungen im Individualverkehr, obwohl es sich dabei um einen sehr kleinen Markt handelt, selbst nach Jahrzehnten der Entwicklung.

Pragma hat ein Wasserstoff-Fahrrad auf den Markt gebracht. Mit etwa 7.500 Euro pro Rad und mindestens 30.000 Euro für eine Ladestation sind die Räder zu teuer für den Verbrauchermarkt, aber das Unternehmen arbeitet daran, diesen Preis auf 5.000 Euro zu senken. Die Senkung der Kosten im kleinen Maßstab wird letztlich die Marktdurchdringung der Technologie verbessern, allerdings ist die Technologie derzeit besser für die Schwerindustrie und die langfristige Energiespeicherung geeignet, die weniger Möglichkeiten zur Dekarbonisierung haben.

Die gute Nachricht ist, dass bewährte Wasserstofftechnologien bereits heute verfügbar sind und eine bedeutende Rolle bei der Dekarbonisierung sowohl des Verkehrs als auch schwieriger energieintensiver Prozesse spielen können (vgl. IEA-Bericht 2019). In der Tat sind einige dieser Lösungen bereits Teil des 1000 Solutions Portfolios, z.B.: HYPE, Hydrosilund Smart Energy Hub.

In der Diskussion am Runden Tisch betonten die Experten die Notwendigkeit, die Kapitalkosten für die Wasserstoffinfrastruktur zu senken und Technologien voranzutreiben, bei denen der Einsatz von Wasserstoff einen Leistungsvorteil bietet. Interessengruppen wie Regierungen, Industrien und der private Sektor brauchen mehr öffentliche Unterstützung, die ihnen das Vertrauen gibt, die vollen Umweltvorteile, die Wasserstoff ermöglichen kann, zu verfolgen.