Erschwinglicher Wasserstoff

Erschwinglicher Wasserstoff – Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende chemische Element im Universum und verdient daher wahrscheinlich den Spitzenplatz im Periodensystem. Es enthält nur Protonen und Elektronen. Schön und einfach, aber dieses geruch- und farblose Gas hat etwas Besonderes. Jedes Kilogramm Wasserstoff oder H2 enthält etwa 2,4-mal mehr Energie als Erdgas.

Die Industrie hat die Vorteile längst erkannt und setzt Wasserstoff seit Jahrzehnten in der Petrochemie ein – insbesondere bei der Ölraffinierung, Ammoniakdünger sowie der Methanol- und Stahlproduktion. Allerdings gilt Wasserstoff auch als potenzieller Hoffnungsträger im Kampf gegen den Klimawandel. Die Europäische Kommission hat Wasserstoff als „das fehlende Puzzleteil auf dem Weg zu einer vollständig dekarbonisierten Wirtschaft“ bezeichnet.

Erschwinglicher Wasserstoff

Auch Bundeskanzler Olaf Scholz sieht in Wasserstoff einen Schlüsselfaktor, um die Abhängigkeit von russischem Gas zu verringern und die Klimaziele zu erreichen. Deshalb hat Deutschland ab 2025 ein Abkommen mit Kanada. wird große Mengen Wasserstoff importieren.

Ist Wasserstoff Ein Erschwinglicher Kraftstoff Der Zukunft?

Tatsächlich ist Wasserstoff ein sauberer, vielseitiger Brennstoff, der keine direkten Treibhausgase erzeugt – er benötigt nur Sauerstoff, um Energie freizusetzen, und das einzige Nebenprodukt ist Wasser.

Wasserstoff kann einigen Regionen helfen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Beispielsweise im Schwertransport- oder Bausektor, wo Wasserstoff zum Heizen in bestehende Erdgasnetze integriert werden kann. Es kann aber auch zur Speicherung erneuerbarer Energie im Stromsektor und als Ersatz für fossile Brennstoffe in der Chemie- und Kraftstoffproduktion eingesetzt werden.

Leider gibt es auf unserem Planeten keine Vorkommen an reinem Wasserstoff. Es ist nur in der Natur gebunden. Um reinen Wasserstoff zu gewinnen, muss dieser vom wasserstoffhaltigen Ausgangsstoff abgetrennt werden, was zeitaufwändig, energieintensiv und teuer ist.

Aus ökologischer Sicht ist das größte Problem die Art und Weise, wie Wasserstoff hergestellt wird. Die vielen komplexen Möglichkeiten zur Herstellung von H2, von sauber bis schmutzig, sind der Einfachheit halber nach Farben gruppiert.

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Die heute am häufigsten verwendete Form von H2 (ca. 95 %) heißt grauer Wasserstoff. Das Grau ist eine kleine Erinnerung an die Emission und in diesem Fall stimmt es. Jede Tonne der grauen Variante emittiert etwa 10 Tonnen CO2, da für den Produktionsprozess – auch „Steam Methan Reforming“ oder SMR genannt – Gas oder fossile Brennstoffe zum Einsatz kommen.

Blauer Wasserstoff hingegen klingt viel sauberer. Doch der erste Eindruck täuscht. Dabei handelt es sich eigentlich um grauen Wasserstoff, das bei der Produktion ausgestoßene CO2 wird aufgefangen und unter der Erde gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS).

Weitere Nischenoptionen sind rosa, brauner, schwarzer, gelber, türkiser und grüner Wasserstoff. Fazit: Grüner Wasserstoff ist die einzig sinnvolle Option, wenn es darum geht, den CO2-Ausstoß nachhaltig zu reduzieren. Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff) unter Einsatz erneuerbarer Energien hergestellt. Das bedeutet keine fossilen Brennstoffe, keine CO2-Emissionen und keine Unordnung, die beseitigt werden muss. Allerdings macht diese Variante derzeit weniger als ein Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus.

Die Wasserstoff Wette

Kurz gesagt, Preissenkung und Entwicklung erneuerbarer Energien. Grüner Wasserstoff kostet derzeit in der Herstellung doppelt so viel wie sein vergleichsweise schmutziges, braunes Pendant. Aber das wird sich ändern.

Je mehr erneuerbare Energien wir haben – und es wird erwartet, dass der weltweite Anteil bis 2040 steigen wird wird auf 45 Prozent steigen. – desto umweltfreundlicherer Wasserstoff wird verfügbar sein. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) können durch die Entwicklung einer sauberen Energieinfrastruktur die Produktionskosten bis 2030 um 30 Prozent gesenkt werden.

Leider nein – es gibt noch einen weiteren Haken. Wasserstoff ist schwieriger zu speichern als fossile Brennstoffe, da seine Dichte viel geringer ist. H2 ist das leichteste Gas im Universum, gefolgt von Helium. Es ist auch sehr explosiv. Daher muss das Gas in speziellen Behältern unter hohem Druck gehalten werden. Alternativ gilt es bei minus 253 °C als flüssig. Es handelt sich also nicht um etwas, das Sie in Ihrem örtlichen Baumarkt kaufen und in Ihrer Garage abstellen können, wenn Ihnen der Sprit ausgeht.

Die extrem geringe Dichte von Wasserstoff macht es zudem zu einer Herausforderung, ihn in großen Mengen zu transportieren. Bevor Gas verladen und transportiert werden kann, muss es verdichtet und verdichtet bzw. in Flüssiggas umgewandelt werden. Anschließend kann es per Pipeline oder per LKW und Schiff exportiert werden. Deutschland plant, Kanadas Wasserstoff, der größtenteils aus Windkraft hergestellt wird, in Form von Ammoniak über den Atlantik zu transportieren.

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Aber was wirklich zählt, ist, wie viel Strom wir brauchen, um große Mengen grünen Wasserstoffs zu produzieren. Derzeit werden weltweit jährlich etwa 70 Millionen Tonnen „grauer“ Wasserstoff produziert – etwa 830 Millionen Tonnen werden in die Atmosphäre freigesetzt. Tonnen CO2. Dies ist jedoch mehr als die gesamten CO2-Emissionen Deutschlands im Jahr 2021. (762 Millionen Tonnen).

Und hier ist es: Um diese 70 Millionen Tonnen durch grünen Wasserstoff zu ersetzen, sind rund 3.600 TWh nötig, mehr als die jährliche Nettostromproduktion der gesamten Europäischen Union (2019: 2.780 TWh).

Grüner Wasserstoff wird unsere Energieprobleme nicht lösen, könnte aber bis 2050 eine wichtige Rolle spielen. Dekarbonisierung schwer zu elektrifizierender Sektoren wie Schwertransport und Industrie. Mit anderen Worten: die sogenannten letzten 20 Prozent, die sich nur schwer von fossilen Brennstoffen trennen lassen.

Doch das Setzen auf Wasserstoff hat seinen Preis. Laut der Energy Transition Commission (ETC) bis 2050 Wir müssen 15 Billionen US-Dollar (12,6 Billionen Euro) ausgeben, um eine nachhaltige globale Wasserstoffwirtschaft zu schaffen, die 15 bis 20 Prozent des Energieverbrauchs deckt. Laut ETC wird die Produktion von grünem Wasserstoff um das Fünf- bis Siebenfache gesteigert, was jährlich bis zu 30.000 TWh zusätzlichen Strom aus erneuerbaren Energien erfordert.

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Dabei ist stets zu bedenken, dass grüner Wasserstoff dort am sensibelsten hergestellt werden kann, wo die besten Voraussetzungen für erneuerbare Energien bestehen. Ohne stabile strategische Partnerschaften mit sonnenreichen Ländern wird grüner Wasserstoff hierzulande ein grüner Traum bleiben. Grüner Wasserstoff wird als Schlüsselkomponente der Dekarbonisierung in vielen Energie- und Verkehrssektoren beschrieben. Theoretisch ist Wasserstoff ein Energieträger, der zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Allerdings wird es mit erneuerbarer Energie hergestellt und stammt aus nachhaltigen Wasserquellen. Denn seine Herstellung verbraucht viel Energie. Um Skalen- und Kostenvorteile zu erzielen und ein intelligentes Investitionsmodell zu schaffen, ist eine sorgfältige Überlegung erforderlich, wo und wie diese Technologie am effektivsten eingesetzt werden kann.

Nach der Aktualisierung der Nationalen Wasserstoffstrategie im letzten Jahr arbeiten wir intensiv daran, das Marktwachstum hierzulande zu beschleunigen und die Ambitionen entlang der Wertschöpfungskette massiv zu erhöhen. Bis 2030 Deutschland soll ein führender Anbieter von Wasserstofftechnologie werden, dessen Importstrategie eine ausreichende Verfügbarkeit von Wasserstoff und seinen Derivaten sicherstellt.

In diesem Artikel möchten wir die Einsatzmöglichkeiten von grünem Wasserstoff aufschlüsseln. Wir konzentrieren uns auf die Anwendungen, bei denen Wasserstoff am praktischsten und einfachsten zu verwenden ist. Wir beschäftigen uns mit grünem bzw. kohlenstoffarmem Wasserstoff und Wasserstoffderivaten, sogenannten E-Fuels. Wir empfehlen insbesondere, sich auf Anwendungen zu konzentrieren, bei denen bereits Bedarf besteht und bei denen Wasserstoff und wasserstoffbasierte E-Zellen knapp sind. Kraftstoffalternativen wie Schwerlasttransport, Düngemittelproduktion oder schwierige Elektrifizierung und Dekarbonisierung. Branchen wie Zement-, Stahl- und Chemieindustrie.

Für den flächendeckenden Einsatz von ökologischem Wasserstoff ist es notwendig, erneuerbare Energien auszubauen, damit Wasserstoff und e. Bereitstellung erschwinglicher grüner Energie für die Kraftstoffproduktion, ohne die Elektrifizierung zu verzögern.

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Laut Senior Advisor Carlos Bernau-López werden 100 Millionen Tonnen grüner Wasserstoff benötigt, um einen nachhaltigen Wandel in der Energiebranche umzusetzen. Das entspricht 1000 Gigawatt Elektrolyseleistung und mindestens 1000 Elektrolyseuren.

Auch wenn sich die Ausgangslage aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit von Ökostrom oder der Notwendigkeit, diesen zu reduzieren, ändern kann, sollte der Einsatz von Wasserstoff derzeit aufgrund der Chancen und der strategischen Bedeutung der Dekarbonisierung gewählt werden. Es hängt alles davon ab, die richtige Lösung für bestimmte Anwendungsfälle auszuwählen. Neben dem Einsatz von grünem Wasserstoff und E-Fuels gibt es von der direkten Nutzung von Strom bis hin zur Kombination von Biokraftstoffen verschiedene weitere Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung von Energieverlusten.

Branchenexperten diskutieren weiterhin darüber, inwieweit Wasserstoff in unserem Energiesystem eine Rolle spielen wird und welche Einsatzmöglichkeiten technisch machbar und wirtschaftlich sinnvoll sind. Es ist klar, dass Wasserstoff eine wichtige Komponente beim Aufbau einer emissionsarmen Zukunft ist. Seine vielseitige Verwendung als Energiespeicher oder Kraftstoff ist bekannt und umfassend untersucht. Allerdings sind nicht alle Einsatzmöglichkeiten gleichermaßen attraktiv und nützlich. Nur wenige dieser Anwendungen dürften in naher Zukunft weit verbreitet sein.

Angesichts der begrenzten Ressourcen (erneuerbare Energien, biogenes CO2 usw.) und der sich immer noch weiterentwickelnden Infrastruktur-, Versorgungs- und Speicherherausforderungen ist ein realistischer Ansatz erforderlich, um die Wasserstoffverwendungen zu identifizieren, die wirklich zu den Dekarbonisierungszielen beitragen. Und bieten gleichzeitig ein finanziell tragfähiges Geschäftsmodell.

Aktuelle Lage Der Gasversorgung

Verfolgt einen hierarchischen Ansatz zur Bewertung des Dekarbonisierungspotenzials von Energiesystemen: eine systematische Rangfolge der Lösungen, die für eine erfolgreiche Dekarbonisierung am effektivsten und machbarsten sind. Im Vordergrund steht dabei nicht der Ersatz fossiler Brennstoffe durch Wasserstoff, sondern die Reduzierung des Energieverbrauchs durch Effizienz und innovative, optimierte Produktionsprozesse.

Anpassung und Elektrifizierung sind geeignete Strategien für einige Sektoren und Industrien, beispielsweise Heizung und städtische Mobilität.

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