Energiequelle Wasserstoff

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