Studentische Monatszeitung für Duisburg, Essen und das Ruhrgebiet

WISSENSCHAFT

Endlich grün? Alle setzen auf Wasserstofftechnologien

 Grüner Wasserstoff muss aus erneuerbaren Energien gewonnen werden. [Foto: pixabay]

30.09.2021 08:54 - Ayssa Maiß

Eine Energiewende durch Wasserstoff – so will Deutschland als gutes Beispiel in der Klimakrise vorangehen. In Duisburg werden gleich zwei voneinander unabhängige Projekte mit insgesamt über vier Millionen Euro gefördert. Ist das am häufigsten auftretende Element des Universums die Lösung der Klimakrise?

Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff. Er wird in grün, blau und grau kategorisiert, je nach Belastungsgrad für die Umwelt. In Kombination mit Sauerstoff (O) kommt Wasserstoff (H₂)  in gebundener Form als Wasser (H₂O) vor. Der grüne Wasserstoff wird durch Elektrolyse gewonnen. Die Wasserelektrolyse ist eine durch Strom eingeleitete chemische Reaktion, die Wasser in seine zwei Bestandteile spaltet.

Der entstandene Wasserstoff ist nur dann grün, wenn die benötigte Energie für die Elektrolyseure aus erneuerbaren Energien gespeist wird. Der Wasserstoff dient dann als Energieträger, der zum Beispiel Wind- oder Solarenergie speichern kann. Der grüne Wasserstoff kann zudem eine Schlüsselrolle in der Dekarbonisierung - also Schaffung einer  CO₂-freien Wirtschaft - spielen, wenn er als Ersatz für den grauen Wasserstoff eingesetzt wird.

Grauer Wasserstoff wird in Deutschland bereits stofflich in der Chemie- und Stahlindustrie für chemische Reaktionen eingesetzt. Für die Erzeugung werden fossile Brennstoffe wie Erdgas mittels Dampfreformierung in Wasserstoff und CO₂  umgewandelt. Bei der Dampfreformierung reagieren Erdgas und Wasserdampf unter hohen Temperaturen und es entsteht Wasserstoff. Das überschüssige CO₂ wird in die Atmosphäre abgegeben und stellt eine starke Umweltbelastung dar. Der blaue Wasserstoff wird, wie der graue, aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Das überschüssige CO₂ soll durch Carbon Capture and Storage (CCS) anschließend unterirdisch gelagert werden.

Duisburg gleich mehrfach gefördert

Durch den nahezu geschlossenen Kohlenstoffkreislauf genießt der grüne Wasserstoff den Ruf eines Wundermittels. Laut Alexander Dobrindt (CSU) sei er „gottgegeben, als Energieform die wir nutzen müssen“. „Gottgegeben“ ist jedoch nur das Wasser, hinzu kommt die benötigte Energie, Elektrolyseure und eine funktionierende Infrastruktur, die dem flüchtigen Gas gerecht wird. Die Technologien sind noch unausgereift, daher fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Entwicklung kostengünstiger Elektrolyseure mit dem Leitprojekt H2Giga. Unter anderem wird die Forschung der Wissenschaftler:innen des Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) mit über 2,5 Millionen Euro gefördert.

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Innenleben der Wasserstoff-Tankstelle des ZBT [Foto: Nadine van der Schoot / ZBT GmbH]
 

Carbon Capture and Storage

Wird Wasserstoff mittels Dampfreformierung gewonnen, werden fossile Brennstoffe erhitzt und Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Im Carbon Capture and Storage (CCS) Verfahren soll das CO₂ aufgefangen und unterirdisch gespeichert werden, anstatt in die Atmosphäre zu gelangen. Aktuell ist CCS-Endlagerung jedoch so teuer, dass die Produktionskosten von Wasserstoff um 30-50% steigen würden. In Europa ist die Anzahl der CCS-Anlagen begrenzt und in Deutschland ausschließlich als Pilotprojekte vorhanden.

Neben der dringenden Substitution des grauen gegen den strombasierten grünen Wasserstoff in der Industrie soll Wasserstoff zunehmend im Mobilitätssektor eingesetzt werden. Dafür hat das Bundesverkehrsministerium einen Wettbewerb ausgeschrieben, den unter anderem das Technologie und Innovationszentrum Wasserstofftechnologien (TIW) in Duisburg in Zusammenarbeit mit dem Wirtschaftsministerium NRW gewann. Weiterhin soll das TIW bis 2025 mit bis zu 50 Millionen Euro durch das Land NRW gefördert werden. Leitend beim Aufbau des TIW ist das Zentrum für Brennstoffzellen Technik (ZBT). Das ZBT ist eine rechtlich unabhängige Einrichtung, die in enger Zusammenarbeit mit der UDE steht.

Das TIW soll ein Zentrum für die Forschung wasserstoffbasierter Antriebe und Aus- und Weiterbildungsstätte für Unternehmen werden. „Dabei geht es vor allem darum, die Infrastruktur bereitzustellen, zu optimieren und Komponenten weiterzuentwickeln“ erklärt Joachim Jungsbluth, Experte für Wasserstoffsicherheit und Anwendung am TIW. Das Ruhrgebiet biete sich als Wasserstoffzentrum besonders an, da bereits ein großes Netzwerk an Gasleitungen bestehe und das allmählich vom Markt schwindende L-Gas freie Leitungen hinterlasse. Sie müssen laut Jungsbluth nur bedingt umgebaut werden. Dadurch kann Energie nicht nur gespeichert, sondern auch effektiver transportiert werden. „Durch eine Erdgasleitung die im Boden verbaut ist kann ich so viel Energie – in Form von Wasserstoff – transportieren wie in acht oberirdischen Hochspannungstrassen“, so Jungsbluth.

„Es ist dann nicht mehr das effizienteste, aber das einzige um CO₂-frei zu bleiben“

Aus der Wasserstoff-Roadmap des Landes NRW geht hervor, dass neben Bussen und Lkws langfristig auch Strom – und Wärmeerzeugungsanlagen auf Wasserstoffbasis entstehen sollen. Forscher:innen bemängeln die nationale Wasserstoffstrategie (NWS) der Bundesregierung als Allheilmittel der Klimawende, da die geplante Wasserstoffversorgung nicht klimaneutral erfolgen könne. Der Umweltrat (SRU), ein Beratungsgremium der Regierung, appelliert, dass Wasserstoff nur eine ergänzende Funktion innehalten soll, da nicht ausreichend grüner Wasserstoff zur Verfügung stehe. „Wir müssen die erneuerbaren Energien ausbauen“, erläutert Armin Laschet im Spitzengespräch zum Thema Wasserstoff am 2. September. Seit seiner Amtszeit als Ministerpräsident in NRW ist der Zubau der Windenergieanlagen jedoch um 80% zurückgegangen.

Nicht nur müssten die Wind – und Solaranlagen drastisch erhöht werden, es müsste mehrheitlich Wasserstoff importiert werden. Der Import sei jedoch teuer und ineffizient, da Wasserstoff für den Transport verflüssigt werden muss und insgesamt hohe Umwandlungsverluste entstehen. „Es ist dann nicht mehr der effizienteste, aber der einzige Weg, um CO₂-frei zu bleiben“, räumt Jungsbluth vom TIW ein. Aufgrund der Knappheit des grünen Wasserstoffs sieht das Land NRW einen mehrheitlichen Einsatz von blauem Wasserstoff vor. Doch auch blauer Wasserstoff hat eine hohe Emissionsbelastung, da bereits durch Transport und Förderung etwa 25% der Gesamtemissionen von Erdgas entstehen. Gleichzeitig sind die Lagerungskapazitäten des CCS-Systems begrenzt. Sie müssten für die derzeitige globale Emission von 830 Mio. Tonnen CO₂ jährlich allein durch Wasserstoffproduktion um das 50- bis 80-fache erhöht werden.

 

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