Energiewende jetzt mit Geisterkraft

Wieder einmal wurde etwas eingeweiht, das deutsche Kompetenz in aktueller High-Tech demonstrieren soll: das „eFarm Projekt“ in Bosbüll, nahe der Grenze zu Dänemark. Bei dessen Eröffnung zeigten sich diverse Unternehmer und deren großzügige Sponsoren, unter ihnen auch Verkehrsminister Scheuer.

Es ist derselbe Minister, der auch bei der Präsentation des „Lufttaxis“, der missratenen „100-Tonnen-Stubenfliege“ in Ingolstadt dabei war, worüber die „Achse des Guten“ hier berichtet hatte. Das braucht aber noch kein schlechtes Omen zu sein. Diesmal war Markus Söder jedenfalls nicht dabei, der sich damals am Steuer des vermeintlichen Flugobjektes ablichten ließ.

In Bosbüll geht es um ein modernes Perpetuum mobile; ein Verfahren, bei dem der Wind, das himmlische Kind, unsere Autos anschieben soll, damit diese kein CO2 mehr von sich geben müssen.

Das Narrativ für Milchmädchen

Und das geht so: Windkraft liefert uns Elektrizität ohne CO2, sogenannten „grünen Strom“. Den kann man verwenden, um Wasser in seine Bestandteile zu zerlegen, also Wasserstoff und Sauerstoff. Den Sauerstoff vergessen wir, den Wasserstoff aber, aus dem man Energie gewinnen kann, den fangen wir ein und speichern ihn.

Das ist eine „nachhaltige“ Sache, denn Wind und Wasser gibt’s im Überfluss und noch dazu kostenlos. Wenn wir jetzt den gewonnenen „grünen“ Wasserstoff in einen Behälter füllen und in ein Auto einbauen, dann könnten wir es damit antreiben. Am besten geht das, indem wir durch sogenannte Brennstoffzellen den Wasserstoff wieder zu Strom machen, mit dem wir dann Elektromotoren speisen, die das Auto bewegen.

Endlich: sauber Autofahren ohne Reue, und auch billig ist es, denn Wind und Wasser kosten bekanntlich nichts.

Soweit das offizielle Narrativ. Das ist aber weniger als die halbe Wahrheit, es ist eine Milchmädchenrechnung. Der Volksmund unterstellt diesen armen Geschöpfen nämlich, dass sie Rechnungen anstellen, die ganz wesentliche Aspekte der Wirklichkeit unterdrücken und daher schlicht und einfach falsch sind.

Schauen wir uns die Sache mal genauer an.

Der mühsame Weg

Der Wind treibt das Auto ja nicht direkt an, sondern seine Energie macht eine Reihe von Transformationen durch, und bei jedem Schritt geht etwas von ihr verloren (siehe auch hier und hier).

Die Erzeugung des Wasserstoffs aus Wasser durch Elektrizität kostet die Hälfte der Energie, die man hineinsteckt. Dann wird das Zeug komprimiert, denn Wasserstoff ist bei unseren Temperaturen ein Gas, und um brauchbare Mengen davon in einem Auto unterzubringen, muss man ihn zusammenpressen, z.B. auf 700 Bar Druck. Ihre Autoreifen haben so um die 2 Bar, und auch da knallt es, wenn einer platzt. Für 700 Bar braucht man also einen sehr stabilen Behälter – aber das ist eine andere Geschichte.

Vom Pumpen am Fahrradreifen wissen wir jedenfalls, dass Komprimieren Energie kostet. Bei 700 Bar ist das eine ganze Menge. Außerdem wird der Wasserstoff mit seinen winzigen Molekülen bei diesem Druck alles unternehmen, um aus seinem Behälter zu entweichen. Wir verlieren dabei rund ein Fünftel der Energie, die im Wasserstoff ursprünglich vorhanden war, bis das Zeug im Auto ist.

Dort wird der Wasserstoff in Brennstoffzellen zu elektrischem Strom umgewandelt, mit einem Wirkungsgrad von bestenfalls 50%. Wie viel kommt dann letztlich im Motor des Autos an?

Hier die Rechnung: 1/2  x  4/5  x  1/2  =  1/5  =  20%, das bleibt übrig.

Von 100 Kilowattstunden, die aus der Windmühle kamen, landen also nur rund 20 kWh im Motor. Oder umgekehrt, für jede kWh, die im Auto verbraucht wird, müsste die Mühle das Fünffache produzieren.

Jetzt geht’s ans Rechnen, liebe Milchmädchen

Wir Autofahrer rechnen aber nicht in Kilowattstunden, sondern in Benzin, und da leistet ein Liter so um die 3,5 kWh mechanische Arbeit (insgesamt steckt die dreifache Energie drin, aber zwei Drittel gehen unvermeidlich als Wärme verloren.)

Nehmen wir an, Sie fahren 15.000 km im Jahr und brauchen 8 Liter auf 100 km. Dann tanken Sie also jährlich 1.200 Liter. Diese Menge Benzin liefert Ihnen 1.200 x 3,5 kWh  =  4.200 kWh. Wollten Sie diese Energie aus Wasserstoff holen, wie viel müsste die Windmühle dafür produzieren? Wegen der beschriebenen Verluste: das Fünffache, nämlich 4.200 kWh x 5  = 21.000 kWh.

So eine anständige Windmühle hat 1.000 Kilowatt Nennleistung. Die bringt sie aber nur, wenn der Wettergott aufs Gaspedal tritt. Im Durchschnitt bringt sie wesentlich weniger, sagen wir 300 kW. Das multiplizieren wir jetzt mit den Stunden pro Jahr und siehe da: Im Mittel liefert unsere Mühle jährlich 2.628.000 kWh, also zwei bis drei Millionen kWh.

Wenn jetzt alle so ähnlich fahren wie Sie, dann könnte eine Mühle 2.628.000 kWh / 21.000 kWh = 125 Autofahrer versorgen. Und bei 40 Millionen Autofahrern im Lande bräuchte man dann 40.000.000 / 125 = 320.000 Windmühlen dieser Art. Ist das viel?

Das wäre rund das Zehnfache des heutigen Bestandes. Die störrische Bevölkerung würde da vielleicht nicht mehr mitmachen, die jammern ja jetzt schon. Man müsste also erstmal die Bevölkerung abschaffen, dann hätte man endlich freie Hand und total grüne Autos.

Ein Potemkinsches Dorf in Nordfriesland

Eine Selbstdarstellung von eFarm gibt es hier und einen wohlwollenden Artikel über die Anlage finden Sie hier. Anders als Claas Relotius hat der Spiegel-Reporter diesmal die Reise zum Ort seiner Reportage auf sich genommen – von Hamburg nach Nordfriesland.

Sie sehen: Man stellte in Bosbüll das hin, was man beherrscht: Kompressoren, Druckbehälter, Transformatoren, Tankstellen, etc., all diese Objekte sind im Spiegel eindrucksvoll abgebildet. Die kritischen Elemente aber fehlen: Elektrolyse- und Brennstoffzellen, die einen vernünftigen Wirkungsgrad haben.

Der dafür notwendige Fortschritt wird jedoch von Wissenschaftlern im Labor erarbeitet, nicht von Ingenieuren auf dem Feld. Dort steht nur eine PR-Installation, die mit irrsinnigem Aufwand (vorerst 16 Millionen) ein paar Autos mit Wasserstoff versorgt.

Vielleicht sagen Sie, das Projekt Bosbüll diene auch dazu, die für Speicherung und Verteilung großer Mengen grünen Wasserstoffs notwendige Logistik zu entwickeln, die man demnächst brauchen wird. Aber diese Logistik beherrscht man, oder zumindest beherrschte man sie vor 100 Jahren. Da war man jedenfalls in der Lage, das Luftschiff Hindenburg mit einer Viertelmillion Kubikmeter H2 zu füllen – dagegen sind die Mengen von Bosbüll Peanuts: 100 kg pro Tag.

Und auch Wasserstoff-Vehikel sind nichts Neues. Vor 50 Jahren verließ einer meiner Kollegen das Physikdepartment der TU München, um den Betrieb von Wasserstoff-Bussen in Garmisch-Partenkirchen zu managen. Solche Fahrzeuge gab es also damals auch schon. Sie sollten bei ihrer Fahrt durch die Stadt keine Abgase in die Luft blasen, damit die Menschen sich wohlfühlen konnten. Das spielt heute ja keine Rolle mehr, da muss das Klima gerettet werden.

Dieser Artikel erschien zuerst im Blog des Autors, Think-Again. Sein Bestseller „Grün und Dumm“ ist bei Amazon erhältlich.

Foto: Tim Maxeiner

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Leserpost

netiquette:

Kurt Müller / 09.02.2021

HaJo Wolf - da gebe ich Ihnen recht. Ich bin gegen Wasserstoff als allgemeinen Treibstoff. Allein die Fehleranalyse, die man als Entwickler machen muss, weil man damit rechnen muss, daß ‘Hausfrauen’ den Anschluß an der Wasserstofftankstelle falsch machen. Schon alleine dass wird zwei Jahre mindestens dauern, und herauskommen kann nur ein komplizierter Verschließmechanismus oder ein kompliziertes Tankverfahren, welches sicherstellt dass alle Behältnisse erst sicher verschlossen und von Restgasen befreit sind, bevor ein- oder ausgekoppelt wird. Von der Unfallgefahr wie z. B. Auffahrtunfällen ganz zu schweigen. Wenn so ein Behälter hochgeht, gibt es eine ganz neue Art von Unfallschwere. Ich finde es deswegen so ärgerlich, daß irgendein Lobbyist den Leuten in den Ministerien eingeredet haben muss, daß Wasserstoff die neue Lösung sei. Es war ja auffällig wie das plötzlich vor 3-4 Jahren auf die Agenda kam. Dabei ist das in den Ingenieurswissenschaften meines Wissens eigentlich schon um 2000 als “zu riskant” oder “zu umständlich” beiseite gelegt und nicht mit Priorität weiterverfolgt worden, obschon es natürlich weiterhin Forschungsprojekte gab. Also ich werde mir niemals ein Wasserstoffauto kaufen.

Rainer C. Ment / 09.02.2021

Ein kleiner Schelm sind Sie schon, evtl auch ein Fuchs, Herr Hofmann-Reinecke. Nicht dass ich glaube, dass die Wasserstoff-Wirtschaft uns retten könnte. Dazu sind die Reibungsverluste tatsächlich zu groß, und das Problem der effizienten Speicherung ist bisher ungelöst. Wenn sich 700bar plötzlich entladen, möchte man nicht in der Nähe sein. Trotzdem ein paar Anmerkungen, vielleicht habe ich da auch einiges nicht richtig verstanden, dann Asche auf mein Haupt. Tesla gibt einen Verbrauch von ca. 14 kWh pro 100km für sein Model 3 an.  14kWh/3,5kWh/l = 4l (pro 100km), demnach würde der Verbrauch nur die Hälfte eines vergleichbaren Benziners ausmachen. Wenn der Antrieb aus Brennstoffzelle und E-Motor denselben Wirkungsgrad hat wie die Batterie bei Tesla, dann verdoppelt sich die Reichweite bzw. halbiert sich der Energiebedarf. 100kg Wasserstoff entsprechen bei 0° Grad Celsius und einer Dichte von 0,089kg/m³ einem Volumen von 1111 m³, immerhin. Damit wäre die Hindenburg nach ca. 9 Monaten voll gewesen. Für eine Anlage, die 16 Mega-€ kostet, sicher kein Ruhmesblatt. Bitte aber in Zukunft vermeiden, zwischen den Einheiten beliebig hin und her zu wechseln, auch der Glaubwürdigkeit zuliebe.

Martin Goetsch / 09.02.2021

Sehr geehrter Herr Hofmann-Reinecke Vielen Dank für Ihren Artikel. Ich möchte die Gelegenheit nutzen und diesen um einen weiteren wichtigen Aspekt erweitern. Zur Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse wird Wasser in Trinkwasserqualität benötigt. Das heißt das benötigte Wasser muss gefordert, transportiert und für die Elektrolyse (reinigen und versetzten mit den für die Elektrolyse benötigten Chemikalien) aufbereitet werden. Hierbei fallen bereits Verluste und Kosten an, diese Betrachtung wird auch in anderen Publikationen (Ulf Bossel…) nicht berücksichtigt. Die Verluste der Wasseraufbereitung sind sehr variabel, müssen aber für den Gesamtwirkungsgrad betrachtet werden. Für die Erstellung von 1 kg Wasserstoff ist die neunfache Menge an Wasser nötig. Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Mehrwasser sind es schon 27 Liter Meerwasser. Das Meerwasser müsste zuvor einer Entsalzung zugeführt werden, weil der Chlorid-Gehalt zu unerwünschten Bildung von Chlor führen würde. Diese Vorgehensweise führt zu entsprechend höheren Verlusten und somit auch Kosten. Hierbei muss einem Bewusst sein, dass die großtechnische Wasserstoffproduktion einen entsprechenden Eingriff in den Grund- und Wasserhaushalt verursacht. Das zusätzliche massenhafte Abgreifen von Wasser steht mit den natürlichen Wasserkreisläufen in Konkurrenz. Wie soll die Produktion von Wasserstoff während Dürrezeiten aufrechterhalten werden, die Rekord-Dürrezeit (1540) liegt bei rd. 11 Monaten. Die Wasserstofftechnologie selbst kann örtlich zur Austrocknung (Versteppung) der Böden und zu Trinkwassermangel führen. In Deutschland werden täglich ca. 150.000 Tonnen Benzin und Diesel verbraucht, um die Fahrzeugflotte, die Binnenschiffe und stationär installierten Motoren anzutreiben. Nun kann sich jeder ausmalen, inwieweit die angestrebte Wasserstofftechnologie realistisch ist. Die oben angesprochene Anlage halte ich für Propaganda, die schnell vergessen werden wird (Desertec, …).

Kurt Müller / 09.02.2021

Wolf v. Fichtenberg: wenn Sie das Beispiel Vogelschredder bemühen. Ein moderner Vogelschredder der 3-MW-Klasse hat sich für Investoren nach 4-5 Jahren gerechnet, und energetisch nach 7-8 Jahren, sämtliche Herstellungsschritte, Entsorgung und die Reparatur einer größeren Komponente (z. B. Tausch des Hauptgetiebes) einbezogen. Je nach künftigen Umweltauflagen z. B. für die Entsorgung oder Weiterverwertung der Blätter könnten da noch 1-2 Jahre dazu kommen. Aber der Trend geht auch zu einer Betriebsdauer von 25-30 Jahren. Der Vogelschredder erzeugt in seiner Betriebszeit deutlich mehr Energie als für seinen gesamten Lebenszyklus benötigt wird, sonst würde es einfach keinen Sinn machen und es wäre kein Markt dafür entstanden.

Dietmar Schubert / 09.02.2021

Wieso fängt der Autor die energtischen Betrachtung bei Benzin/Diesel erst an der Tankstelle an? Wächst der an der Tankstelle? Wird keine Energie zur Erzeugung/Transport von Benzin/Diesel gebraucht? Bei H2 wird das aber alles eingerechnet.

RMPetersen / 09.02.2021

“Ein Potemkinsches Dorf in Nordfriesland” Nun haben wir Nordfriesen endlich etwas für die Geschichte; statt Graf Potemkin liess das BMFT die Kulissenanlage erbauen ... Unsere Steuergelder bei der Arbeit.  Auch in den örtlichen Zeitungen war das blöde Wort vom “Leuchtturmprojekt” zu lesen. Was der Autor über den technisch-ökonomischen Wahnwitz schreibt, stimmt alles; ich erlaube mir das auf Grund meines Studiums und anschliessenden 45 Jahre beruflich-fachlicher Tätigkeit in den Bereichen Verkehr/Energie/Umwelt zu beurteilen. Die Elektrifizierung aller Sektoren, die bisher direkt von Energieträgern versorgt wurde, also Produktion, Heizung und Verkehr, verlangt eine höhere Stromerzeugung, das wird jedem Laien klar sein. Vor rd. 10 Jahren haben durchaus grünmeinende Institute den Strombedarf auf das doppelte bis dreifachen des heutigen beziffert. Da dennoch die restlichen KKW und auch die Kohlekraftwerke abgeschaltet werden sollten, die heute regelmässig für mehr als 45% sorgen (- in der Windstille vorletzte Woche für deutlich mehr), müsste die Stromerzeugung durch Wind und Solar um des Fünf- bis Siebenfache vergrössert werden. Auch dann bleibt das Problem, Windflauten überbrücken zu müssen. Man bräuchte als Elektrolyse-Strom aus dem Wind-Überschuss-Strom, um den normalen Verbrauch, also ohne dieses Elektroauto-Gedöns, über die Kette Wasserstofferzeugung - Speicherung- .Rückspeisung zur Stromerzeugung zu decken. Über die allein für Elektrolysatoren und H2-Speicher erforderlichen Investitionen schweigt bisher des Grünen Naivität. Mein Fazit: So geht das nicht. Wenn die Greta-Jünger tatsächlich die Kohlekraftwerke ausschalten lassen, dauert es nicht lange bis zu Netzzusammenbrüchen. Damgegenüber ist der Ausnahmezustand Corona als “Klacks” anzusehen. Liebe Grüsse aus NF. Ich bin, wie Etliche im Dorf, mit einen grossen Heizöltank und einen Diesel-Generator gut gerüstet. Die einzige Sorge sind marodierende Städter ...

Rolf Rüdiger / 09.02.2021

Ich halte das Home office und autonome-umweltfreundliche Kleinbuse als zukunftstauglich. Die Treibstoffart spielt da eher eine sekundäre Rolle. Wir müssen weg vom Individualverkehr zum flexiblen Öffinetz. Zu Kleinbussen mit intelligentem Autopilot. Wenn ein Bus auf Abruf durchschnittlich 6 Leute von A nach B bringt, dann spart man mal locker 80% CO2. Voraussetzung ist allerdings eine großangelegte Investition in die Forschung und in den Ausbau der Europäischen Öffies. Was ja gleichzeitig auch ein Wirtschaftsturbo ist. Daneben müsste man weg vom Zentralismus, mehr zur regionalen Verfügbarkeit und weg von der Privatisierung von öffentlichen Ressourcen (wie Wasser, Strom, Seegrundstücke,....)

Detlef Fiedler / 09.02.2021

@Kurt Müller: Herr Müller, Sie liegen richtig. Da nämlich Stein- und Braunkohle wirklich nur an sonnigen und windreichen Tagen zur Verfügung steht, an trüben und windstillen Tagen sowie in der Nacht natürlich nicht, geht Ihre Rechnung tatsächlich auf.

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