Dekarbonisieren Grüne Energiealternativen machen bis 2050 klimaneutral

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Die EU-Klimaziele sind definiert. Jetzt gilt es, sie zu erreichen. Viele Sektoren können aber nur mit grünen Alternativen wie Wasserstoff, Ammoniak und Methanol dekarbonisiert werden, weiß ein Experte.

Bisher wurden vor allem durch grüne Stromerzeugung die Treibhausgasemissionen gesenkt. Und laut der Internationalen Energieagentur IEA kamen im Jahr 2020 weltweit rund 29 Prozent des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Quellen, wie Wind-, Solar- und Wasserkraft. Das beeinflusst den CO₂-Abdruck der Verbraucher positiv. Und zwar sowohl den der Industrie als auch den der privaten Haushalte.

Negativ ist, dass viele industrielle Prozesse sich aber nicht oder nur teilweise elektrifizieren lassen. In der Metallindustrie beispielsweise können Kohle oder Erdgas nicht vollständig durch Strom ersetzt werden. Der in fossilen Energieträgern enthaltende Kohlenstoff wirkt nämlich als Reduktionsmittel bei der Metallverhüttung. Er macht aus Eisenerz Roheisen, das Vorprodukt von Gusseisen und Stahl.

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Auch die Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs stellt gewisse Herausforderungen dar. Dabei fallen die schweren Lithium-Ionen-Batterien aufgrund des enormen Energiebedarfs eines damit betriebenen Lkw auf Langstrecken buchstäblich zu stark ins Gewicht. Das Problem gilt erst recht bei Schiffen, bei denen ausreichend große Akkumulatoren kaum noch Raum für Passagiere oder Güter lassen würden.

Bei Flugzeugen ist es ähnlich: Ein vollgetankter Jumbojet hat etwa 160 Tonnen Flugbenzin an Bord. Ein Lithium-Ionen-Akku, der die gleiche Menge Energie abgeben soll, würde aber über 10.000 Tonnen wiegen! Also fast das 30-fache des maximalen Startgewichts eines Jumbos.

Die grünen Alternativenergien im Überblick

Aber Power-to-X-Technologien eröffnen einige Möglichkeiten, auch die oben genannten Branchen klimafreundlicher zu machen. Dabei werden Brennstoffe wie Wasserstoff, Ammoniak, Methanol oder Flugbenzin mithilfe von Strom erzeugt.

Grüner Wasserstoff entsteht dabei durch Elektrolyse, die durch Energie aus erneuerbaren Quellen gespeist wird – der Grundstoff der emissionsfreien Synthese von Methanol, E-Kerosin oder Ammoniak. Im Fall von Methanol und E-Kerosin geschieht das durch die chemische Verbindung mit Kohlendioxid, im Fall von Ammoniak mit Stickstoff.

Die nachhaltigen Kraftstoffe können dann genau so eingesetzt werden wie die fossilen Varianten. Und sogenannte Dual Fuel Engines können sowohl Schiffsdiesel als auch Methanol verbrennen – egal, ob fossiles oder erneuerbares, was den CO₂-Abdruck der Schifffahrt verbessert. Ab 2026 verpflichtet die Bundesregierung die Airlines, dem konventionellen Kerosin 0,5 Prozent „Sustainable Aviation Fuel“ (SAF), also grünes Flugbenzin, beizumischen.

Grüner Wasserstoff – das Multitalent

Außer als Treibstoff kann Wasserstoff noch weitere Anwendungsmöglichkeiten abdecken. In der Stahlindustrie kann er etwa den Kohlenstoff als Reduktionsmittel ersetzen. Auch dem Fernlastverkehr eröffnet er neue Verbesserungspotenziale. Denn aufgrund seines wesentlich günstigeren Verhältnisses von Energiegehalt zu Gewicht (im Gegensatz zu Akkus) lohnen sich auch die aufwendigeren Anlagen mit Hochdrucktank, Brennstoffzelle und Akku, um den damit gewonnenen Strom zwischen zu speichern. Denn während für andere Energieträger bereits Infrastrukturen für Lagerung und Transport bestehen, müssen diese für Wasserstoff noch geschaffen werden. Für den Transport muss Wasserstoff wegen seiner geringen Dichte aber mit mehreren Hundert Bar verdichtet werden. Und für größere Strecken wird er meist verflüssigt, was bei -253 Grad Celsius geschieht. Dieser Prozess kann bis zu einem Drittel der Energie kosten, die in der verflüssigten Menge H₂ gespeichert ist. Die fortwährende Kühlung kann pro Tag außerdem bis zu drei Prozent des Energiegehalts verschlingen.

Treibstoffalternative grünes Ammoniak

Das Ammoniak entsteht durch die Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff. Es hat im Vergleich zum Wasserstoff mehrere Vorteile. Denn es verflüssigt sich schon bei - 33 Grad Celsius oder einem Druck von 9 Bar bei Raumtemperatur. Die Verflüssigung kostet dadurch nur einen Bruchteil an Energie. Außerdem wird Ammoniak bereits seit vielen Jahren in der Industrie, etwa bei der Düngemittelherstellung, genutzt, weshalb eine Infrastrukturen für Lagerung und Transport schon vorhanden ist. Und auch Ammoniak kann nämlich als Treibstoff verwendet werden. In Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) verbrennt er auch noch vollkommen emissionsfrei.

Politik und Wirtschaft müssen zusammenarbeiten

Wasserstoff und Synthesekraftstoffe bilden einen unverzichtbaren Baustein, um einige Industrie- und Verkehrszweige überhaupt dekarbonisieren zu können. Allerdings ist ihre nachhaltige Gewinnung sehr energieintensiv. Aktuell mangelt es auch an genügend grünem Strom für eine wettbewerbsfähige Produktion in ausreichendem Maß.

Durch eine enge Zusammenarbeit von Wirtschaft und Politik könnte aber beispielsweise grünes Ammoniak zwischen 2030 und 2040 zu konkurrenzfähigen Preisen und in relevanten Mengen verfügbar sein. Nachhaltiges E-Methanol etwa um 2040 herum. Die Ankündigung von Wirtschaftsminister Christian Lindner, bis 2026 etwa 200 Milliarden Euro in Klimaschutz, Ladeinfrastruktur und Wasserstofftechnologie zu investieren, lässt hoffen, das sich bald vieles mit grünen Alternativen bewegt.

Dabei helfen kann die Hy2gen AGHy2gen AG, denn sie finanziert, baut und betreibt weltweit Anlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff und wasserstoffbasierten E-Fuels.

* Cyril Dufau-Sansol ist CEO bei der Hy2gen AG in 65189 Wiesbaden.

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