Energiequelle Wasserstoff

Der schwierige Weg zur Nutzung der Energiequelle Wasserstoff

Energiequelle Wasserstoff
Brennstoffzellen-Fahrzeug, Creative Commons CC0 https://pixabay.com/de

Bedeutung der Energiequelle Wasserstoff für Energiesystem im Sektorenverbund

Natür­lich ist zu ver­zeich­nen, dass die Vor­aus­sa­gen zur bal­di­gen Schaf­fung einer Infra­struk­tur für die Ener­gie­quel­le Was­ser­stoff etwas zu opti­mis­tisch waren. Die Hoff­nun­gen sind auf­grund eini­ger tech­ni­scher Her­aus­for­de­run­gen nicht so schnell auf­ge­gan­gen. Trotz­dem gibt es kei­nen Grund die­se Ener­gie­quel­le bezüg­lich ihrer Poten­tia­le vor­schnell in Zwei­fel zu zie­hen.

Um dies zu zei­gen, ist zuerst der eigent­li­che Zweck von Gasen im Ener­gie­sys­tem, der bis­her stark auf dem Ein­satz von Methan basier­te und zukünf­tig durch die Ener­gie­quel­le Was­ser­stoff ersetzt wer­den soll, zu betrach­ten.

Bezo­gen auf immo­bi­le Anwen­dun­gen benö­ti­gen wir letzt­end­lich die End­ener­gi­en Elek­tri­zi­tät und Wär­me, die über Ener­gie­trä­ger (z.B. Net­ze) zuge­führt wer­den kön­nen. In Ver­bin­dung mit der Ziel­stel­lung dafür als Pri­mär­ener­gie vola­ti­le Erneu­er­ba­re Ener­gi­en ein­zu­set­zen und die­se im Sin­ne sub­si­diä­rer Eigen­ge­stal­tung auch dezen­tral zu gewin­nen, benö­ti­gen wir zur Beherr­schung der wach­sen­den Kom­ple­xi­tät ein fle­xi­ble­res Ener­gie­sys­tem. Fle­xi­bi­li­tät wie­der­um wird durch den Ein­satz von Spei­cher­tech­no­lo­gi­en gestärkt. Die not­wen­di­ge Fle­xi­bi­li­tät in einem zukünf­tig 100%-Erneuerbaren Ener­gie­sys­tem kann nicht allein durch das elek­tri­sche Sys­tem bereit­ge­stellt wer­den. Aber die Kopp­lung der Sek­to­ren Strom, Gas und Wär­me als grund­le­gen­der Bau­stein der zukünf­ti­gen Ener­gie­tech­no­lo­gie erbringt die not­wen­di­ge Fle­xi­bi­li­tät. Als Spei­cher sind hier sowohl Gas­ka­ver­nen und Wär­me­spei­cher wie auch die Wär­me- und Gas­net­ze selbst ein­zu­ord­nen.

Potentiale von Gasnetzen für Wärmesystem und Mobilität

Die­se Betrach­tung ist auch zur Gewin­nung und zum Ein­satz von Wär­me zu füh­ren. Wär­me kann aus dem elek­tri­schen Sys­tem gewon­nen wer­den. Aber ohne Gas­net­ze und -spei­cher erge­ben sich höhe­re Anfor­de­run­gen an den kos­ten­träch­ti­gen und poli­tisch umstrit­te­nen Aus­bau der Strom­net­ze. Die Kopp­lung mit dem Gas­sek­tor sowie Dezen­tra­li­tät und Fle­xi­bi­li­tät im Strom­sys­tem ermög­li­chen den Aus­bau elek­tri­scher Net­ze zu begren­zen. Die kom­bi­nier­te Betrach­tung von Strom-, Wär­me- und Gas­net­zen erfolgt mit dem Ziel, das volks­wirt­schaft­li­ches Opti­mum beim Umbau des Ener­gie­sys­tems zu errei­chen.

Bezo­gen auf mobi­le Anwen­dun­gen erge­ben sich ana­lo­ge Über­le­gun­gen. Zusätz­lich ist hier zu betrach­ten, in wel­cher Form End­ener­gie in das Fahr­zeug gela­den wird. Einer­seits kann das Tan­ken mit einer flüs­si­gen oder gas­för­mi­gen Ener­gie­quel­le erfol­gen. Ander­seits kann das Fahr­zeug direkt mit elek­tri­scher Ener­gie befüllt wer­den. Eine elek­tri­sche Bela­dung aller Fahr­zeu­ge bringt extre­me Her­aus­for­de­run­gen an den Netz­aus­bau mit sich. Des­sen Bewäl­ti­gung wur­de schon bezüg­lich einer vor­ran­gig aus dem elek­tri­schen Sys­tem gespeisten Wär­me­er­zeu­gung in Fra­ge gestellt wur­de. Ins­be­son­de­re ist die voll­stän­di­ge elek­tri­sche Bela­dung beim Per­so­nen­trans­port even­tu­ell noch zu bewäl­ti­gen, aber wahr­schein­lich nicht mehr für den Last­ver­kehr. Che­mi­sche Ener­gie­quel­len im Fahr­zeug wer­den damit nicht ver­schwin­den.

Chemische Energiequelle Erneuerbares Methan?

Nun bleibt die Fra­ge­stel­lung, ob Methan als che­mi­sche Ener­gie­quel­le wei­ter­hin eine Zukunft hat. Als fos­si­le Ener­gie­quel­le mag der Aus­stoß an Koh­len­di­oxid zwar gerin­ger als bei Koh­le sein, aber letzt­end­lich müs­sen alle fos­si­len Ener­gie­trä­ger ersetzt wer­den. In der Dis­kus­si­on bleibt Erneu­er­ba­res Methan, das aus Erneu­er­ba­ren Ener­gie­quel­len durch Elek­tro­ly­se und Metha­ni­sie­rung mit dem Koh­len­di­oxid der Atmo­sphä­re gewon­nen wird und damit bezüg­lich der Koh­len­di­oxid­bi­lanz neu­tral ist. Hier­bei ist aber zu beach­ten, dass beim Trans­port und der Nut­zung von Methan unge­fähr fünf Pro­zent Ver­lus­te ent­ste­hen, unab­hän­gig davon, ob fos­si­les Methan oder erneu­er­ba­res Methan ein­ge­setzt wird. Methan besitzt lei­der in der Atmo­sphä­re die Eigen­schaft, mit zwan­zig­fa­cher Stär­ke gegen­über Koh­len­di­oxid den Treib­haus­ef­fekt zu ver­stär­ken. Inso­fern erbringt der Ersatz von Koh­le durch erneu­er­ba­res Methan kei­ner­lei Effekt zur Begren­zung des Treib­haus­ef­fek­tes.

Infrastruktur für chemische Energiequelle Wasserstoff

Wenn die geführ­ten Betrach­tun­gen nun einer­seits den Nut­zen einer Gas­in­fra­struk­tur und des Ein­sat­zes im Trans­port­we­sen zei­gen, aber ander­seits erneu­er­ba­res Methan eben­so lang­fris­tig kei­ne Alter­na­ti­ve ist, bleibt der Ein­satz der qua­si unbe­grenzt zur Ver­fü­gung ste­hen­den Ener­gie­quel­le Was­ser­stoff. Wäh­rend dabei anfäng­lich die Umwid­mung der vor­han­de­nen Gas­in­fra­struk­tur zum Trans­port von Was­ser­stoff bestrit­ten wur­de, füh­ren inzwi­schen Exper­ten die Mög­lich­keit der Nut­zung nach einer tech­ni­schen Anpas­sung aus. Bezüg­lich der Sicher­heit beim Ein­satz von Was­ser­stoff im Fahr­zeug zei­gen tech­ni­sche Stu­di­en, dass kei­ne Unter­schie­de zum Ein­satz von Ben­zin bestehen. Dabei ist auch zu beden­ken, dass Was­ser­stoff als leich­tes Ele­ment flüch­tig ist und bei Aus­tritt sofort nach oben steigt, wäh­rend aus­tre­ten­des Ben­zin als gas­för­mi­ge und damit ent­zünd­li­che Wol­ke im Bereich des Aus­tritts­punk­tes ver­bleibt.

In Ver­bin­dung mit einer Brenn­stoff­zel­le ermög­licht der Ein­satz der Ener­gie­quel­le Was­ser­stoff wie­der­um die Erzeu­gung von elek­tri­scher Ener­gie. Dies schafft die Basis für eine dual betrie­be­ne Mobi­li­täts-Infra­struk­tur. Auf der einen Sei­te steht der Auf­bau einer Lad­ein­fra­struk­tur für Fahr­zeu­ge mit direkt zuge­führ­ter elek­tri­scher Ener­gie. Auf der ande­ren Sei­te ste­hen Ver­fah­ren für in Fahr­zeu­gen bei län­ge­ren Stre­cken erzeug­te elek­tri­sche Ener­gie, womit das Reich­wei­ten­pro­blem aktu­el­ler Elek­tro­fahr­zeu­ge gelöst wird. In Ver­bin­dung von elek­tri­scher Infra­struk­tur und Was­ser­stoff ist somit der voll­stän­di­ge Ersatz von Ver­bren­nungs­mo­to­ren sowohl für auf der Basis von Erd­öl ange­trie­be­nen Fahr­zeu­gen sowie auch für Methan­gas-Fahr­zeu­ge mög­lich. Für den Elek­tro­mo­tor ste­hen gleich­zei­tig zwei Antriebs­al­ter­na­ti­ven zur Ver­fü­gung.

Andre­as Kieß­ling, Lei­men, 17. Okto­ber 2017

Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 39 Artikel
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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