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Energiewende durch Wasserstoff Grüner Wasserstoff und Brennstoffzelle kommen – aber mit Sicherheit!

| Redakteur: Peter Königsreuther

Mit über 17.000 Patenten zur Brennstoffzelle hält Deutschland den dritten Platz in Sachen Wasserstoff-Know-how, nach Japan und den USA. Die Chance für unsere Industrie, um in Europa die Poleposition einzunehmen.

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H2-Technologie, also Wasserstoff als Energielieferant, ist ein Schlüssel zur erfolgreichen Energiewende in vielen Bereichen, sagt das Bundesanstalt für Materialforschung- und -prüfung (BAM). Deutschland soll seine Spitzenpostition jetzt ausbauen. Dabei hift die Politik und das Know-how der BAM.
H2-Technologie, also Wasserstoff als Energielieferant, ist ein Schlüssel zur erfolgreichen Energiewende in vielen Bereichen, sagt das Bundesanstalt für Materialforschung- und -prüfung (BAM). Deutschland soll seine Spitzenpostition jetzt ausbauen. Dabei hift die Politik und das Know-how der BAM.
(Bild: BAM)

Letzte Woche hat das Bundeskabinett die sogenannte Nationale Wasserstoffstrategie verabschiedet, die der Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier erarbeitet hat. Das Ziel derselben ist die Etablierung und der Ausbau sowie die Entwicklung aller Wasserstofftechnologien, um die Energiewende zu schaffen und Deutschland dabei eine Spitzenposition zu geben. Altmaier visiert nach eigenen Worten die oberste Stufe des Treppchens an.

Auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gehört zu den Experten in Sachen Wasserstoffforschung, heißt es weiter. Dort kümmert man sich allerdings mehr um die Sicherheitsaspekte. Ein Fokus liegt etwa auf der Entwicklung marktreifert Power-to-Gas-Prozesse und die Arbeit an leichteren Tanks für Wasserstofffahrzeuge, lässt die BAM wissen.

Deshalb, so Prof. Dr. Ulrich Panne, der BAM-Präsident, ist der Kabinettsentschluss ein Meilenstein für alle, die an der Wertschöpfungskette Wasserstoff arbeiten. Die Ansätze für Projekte und Optimierungen sind mannigfaltig, heißt es weiter.

Die Brennstoffzelle ist die Lösung für emissionsfreie Energie

Der Ausstoß an Treibhausgasen soll bis 2050 weltweit um 70 % sinken, lautet das Ziel, dass sich die G7-Staaten 2015 auf die Fahnen geschrieben haben, erinnert die BAM. Das besonders leichte und brennbare Gas Wasserstoff (H2) kann dabei helfen. Es kann mithilfe von Brennstoffzellen in Strom und Wärme umgewandelt werden, der natürlich Elektromotoren antreiben kann oder andere Verbraucher, wie etwa Heizungen. Aber Wasserstoff muss erst mal in reiner Form vorhanden sein, um das zu tun. Aus fossilen Energieträgern könne man ihn zwar herstellern, doch wo bliebe da die Nachhaltigkeit!?. Die Lösung ist laut BAM der „Grüne Wasserstoff“, der dann entsteht, wenn mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom (insbesondere aus Wind- und Solarkraft) Wasser (H2O) in Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O2) durch elektrolytische Reaktionen aufgespalten wird.

Der so gewonnene Wasserstoff kann entweder als komprimiertes Gas oder flüssig (Siedepunkt von -252,85 °C) gespeichert werden. Als leichtestes Element hat Wasserstoff aber eine sehr geringe spezifische Dichte. Das und seine Reaktivität stellen die Experten mit Blick auf die Speicherung vor technische und wirtschaftliche Herausforderungen, erklärt die BAM. Spezielle Speichersysteme müssen also für den Transport und die Lagerung von Wasserstoff passend ausgelegt sein. Wasserstoff kann auch mit einem Anteil zwischen 5 bis 10 % in das Erdgasnetz eingespeist werden, heißt es weiter. Bei Bedarf könnten Brennstoffzellen den Wasserstoff dann rückverstromen. Dann stellt die Brennstoffzelle in einer kontrollierten Reaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff wieder Wasser her und erzeugt sowohl elektrische Energie als auch Wärme. Meist reicht für diese Reaktion der Sauerstoff in der Luft aus, merkt die BAM an. Das Gute: Dieser Wasserstoffkreislauf ist fast vollständig emissionsfrei. Trotz aller Vorteile, gibt es in Deutschland aktuell rund 600 Brennstoffzellen-Autos, sagt die BAM. Immerhin haben wir mit rund 85 Wasserstoff-Tankstellen das dichteste Netz dieser Art in Europa.

Das Brennstoffzellen-E-Mobil lässt den Batterie-Stromer links liegen...

Wasserstoff ist also ein emissionsfreier Treibstoff für Brennstoffzellen, die schon lange U-Boote, Autos, Busse, Lkw sowie Züge und andere Verkehrsmittel mit Strom vorsorgen und antreiben können. Ein großer Vorteil von Wasserstoff in Gasspeichern im Vergleich zur Batterie ist seine deutlich höhere Energiedichte (1kg Wasserstoffgas entfaltet auch mehr Energie als 3 kg Erdöl), was bei Fahrzeugen zu erheblich größeren Reichweiten führt (rund 500 km bei heutigen Brennstoffzellen-Autos). Wasserstoff könne auh nahezu verlustfrei in großen Mengen über lange Zeiträume hinweg gespeichert werden. Das trägt laut BAM zur Flexibilisierung des Stromnetzes bei. Er kann aber auch als Prozessgas in der Industrie genutzt oder zu Rohstoffen weiterveredelt werden. Aus ihm können beispielsweise Ammoniak für die Düngemittelproduktion oder der Alkohol Methanol gewonnen werden.

Ein Druck wie am Boden des Marianengrabens

Die BAM untersucht und arbeitet momentan mit an leichteren Wasserstofftanks für Brennstoffzellen-Autos, an selbst heilenden Gläsern und Keramiken für den Bau von Brennstoffzellen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Optimierung von Composite-Wasserstoffspeichern (Belastungstests). Denn ein wesentlicher Kostenfaktor sind die Behälter, die den Wasserstoff aufnehmen, heißt es. In einem Brennstoffzellen-Auto verteilt sich der mitgeführte Wasserstoff meist auf zwei oder drei Gasspeicher mit einem Fassungsvermögen von insgesamt etwa 150 l, sagt die BAM. Verbaut sind sie zwischen Vorder- und Hinterachse. Die Tanks müssen dabei hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, denn sie werden bis auf 875 bar befüllt. Das entspricht etwa dem Druck, der am Grund des pazifischen Marianengrabens herrscht, der mit rund 11.000 m tiefsten Stelle der Weltmeere, betont die BAM. Nicht zuletzt brennt Wasserstoff. Klar ist, dass bei einem Unfall die Gasspeicher den mechanischen Kräften standhalten müssen, die auf sie einwirken, damit keine Gas austritt.

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