Manfred Haferburg / 13.12.2023 / 06:25 / Foto: Montage Achgut.com / 75 / Seite ausdrucken

Im Wasserstoffwirtschafts-Delirium (2)

Wasserstoff wird heute als Wundermittel der Energiewende gehandelt. Mit ihm sollen angeblich die Speicher-Probleme von Wind- und Sonnenenergie gelöst werden. Im 2. Teil einer Mythenkiller-Reihe über den „Hochlauf der grünen Wasserstoffwirtschaft“ in Deutschland geht es um die Gefährlichkeit.

Was hat der Zeppelin Hindenburg in Lakehurst mit dem Raumschiff „Challenger“ und den Turbinengebäuden der Reaktorblöcke in Fukushima gemeinsam? Sie wurden durch die Explosion von Wasserstoff zerstört. Wasserstoff wird als die Wunderwaffe der Energiewende gehandelt, hat aber offensichtlich ein großes Zerstörungspotenzial. Dieses Element soll den Verkehr, das Heizen, die Stromerzeugung, aber auch die Industrie umweltfreundlicher, das heißt kohlendioxidfrei machen.

Wasserstoff ist das kleinste und häufigste Element des Universums. Es ist das chemische Element mit der geringsten Atommasse. Sein häufigstes Isotop enthält kein Neutron, sondern besteht aus nur einem Proton und einem Elektron. Anders als auf der Sonne, dem Saturn oder Jupiter kommt das farb- und geruchslose Gas auf der Erde fast ausschließlich in gebundener Form vor: Es steckt in fossilen Rohstoffen wie Erdgas und Erdöl sowie in über der Hälfte aller bekannten Mineralien. Und wie sein Name und sein chemisches Symbol „H2“ bereits sagt, ist Wasserstoff auf der Erde vor allem in H2O, also in Wasser, gebunden.

Wasserstofferzeugung

Wasserstoff wird heute hauptsächlich mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. Dabei wird viel CO2 freigesetzt, was ihn nicht so umweltfreundlich macht wie gemeinhin gedacht. Alternativ kann Wasserstoff auch mit Strom im Elektrolyseverfahren erzeugt werden. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Verwendet man dabei ausschließlich Strom aus regenerativen Quellen, gilt der Wasserstoff als CO2-frei und heißt „grüner Wasserstoff“. 

Wasserstoff im Transportwesen

Technologisch hat sich im Wasserstoff-Fahrzeugbau der Brennstoffzellenantrieb durchgesetzt. Er funktioniert wie ein umgedrehter Elektrolyseur: Wasserstoff wird mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft in Wasser und Strom aufgespalten. Ersteres sickert aus dem Auspuff, letzterer treibt einen Elektromotor an. Brennstoffzellenautos sind also auch E-Fahrzeuge. Im Vergleich zu den reinen Batteriefahrzeugen versprechen sie aber eine größere Reichweite und lassen sich fast ebenso schnell betanken wie ein Verbrenner – so die Argumente der Wasserstoffbefürworter. 

Wasserstoff soll auch Flugzeuge und Schiffe antreiben. Über lange Distanzen werden wir Menschen und Waren auch in fernerer Zukunft nicht vollelektrisch ans Ziel fliegen oder große Schiffe bewegen können. Denn dazu sind Batterien zu groß und zu schwer. Neben Biokraftstoffen setzt die Politik ihre Hoffnungen daher auf Wasserstoff. 

Wasserstoff für die Industrie und Stromproduktion

Mit einem Anteil von 25 Prozent ist die Industrie der zweitgrößte CO2-Produzent in Deutschland – noch vor dem Verkehr, der 20 Prozent beisteuert. Künftig soll Wasserstoff die Produktion von Stahl, Treibstoffen und Grundchemikalien klimafreundlicher machen. Doch auch ein großer Teil des Stroms, der etwa 25 Prozent des Primärenergiebedarfs ausmacht, soll mit Wasserstoff-Gasturbinen erzeugt werden, wenn Wind und Sonne nicht zur Verfügung stehen. Die Mengen an Wasserstoff, die dafür gebraucht werden, erscheinen schier ungeheuerlich. 

Die Bombe an Bord

Es hört sich so einfach an. Mit dem grünen Wasserstoffauto an die Tankstelle fahren, in drei Minuten volltanken, und auf geht’s zur Langstrecke. Doch so einfach ist das nicht. Wasserstoff muss nämlich entweder gasförmig unter hohem Druck (350 bar oder 700 bar) oder flüssig bei minus 253 Grad Celsius gespeichert werden. Die Automobilbranche setzt auf den Einsatz von Drucktanks, bei denen das Druckniveau bis zu 700 bar beträgt. In Brennstoffzellenfahrzeugen kommen kohlefaserummantelte Behälter aus Aluminium oder Kunststoff zum Einsatz. 

Schon ein Behälter mit einem Innendruck von 700 bar stellt ein Sicherheitsrisiko dar. 700 bar entspricht dem Druck einer 7 km tiefen Wassersäule. Wenn ein Behälter mit 700 bar Innendruck beschädigt wird, knallt es ganz erheblich. Dazu kommt noch das Knallgasrisiko der austretenden Wasserstoffwolke. Ein Wasserstofftank stellt bei einem schweren Unfall eine Bombe an Bord dar.

Betrachten wir mal einige kritische Risikofaktoren durch die Eigenschaften des kleinsten aller Moleküle:

Explosivität: Wasserstoff kann in seiner Reinform nicht explodieren. Das Risiko entsteht jedoch, wenn Wasserstoff in Kontakt mit Luft gerät. Treffen Wasserstoff und Sauerstoff aufeinander, reagieren sie explosiv. Diese Gefahr besteht, wenn Wasserstoff in einer Konzentration zwischen 4 und 77 Volumenprozent in der Luft liegt. Das bedeutet: Wenn Wasserstoff entweicht, kann bereits ein statischer Funke an der Kleidung ausreichen, um eine Explosion auszulösen.

Unsichtbare Flamme: Die Wasserstoff-Flamme ist sehr blass und bei Tageslicht nicht oder kaum sichtbar. Sie gibt wenig von der Infrarotstrahlung ab, die Menschen als Wärme wahrnehmen und kann daher nicht als solche empfunden werden. Sie emittiert erhebliche ultraviolette Strahlung. Daher sind spezielle UV-Detektoren erforderlich, um auf das Vorhandensein von Wasserstoff-Flammen hinzuweisen.

Leckagen: Aufgrund seiner geringen Molekülgröße und niedrigen Viskosität kann Wasserstoff schnell aus Druckgasleitungen und -behältern austreten. Wasserstoff kann sogar durch Stahlwände kriechen. Neben der richtigen Auslegung und Konstruktion sind Instandhaltung und regelmäßige Inspektionen unbedingt notwendig, um die Sicherheit einer Anlage zu gewährleisten. Stationäre Gasmesstechnik und Frühwarnsysteme sorgen für zusätzliche Sicherheit.

Materialversprödung: Wasserstoff ist das kleinste aller Moleküle und kann leicht durch Materialien dringen und diese in manchen Fällen verspröden. Die richtige Auswahl, Handhabung und Instandhaltung von Materialien sind entscheidend. Aus diesem Grund werden für Lagertanks in der Regel Edelstahl und Verbundwerkstoffe verwendet.

Gaswolken: Wie Ammoniak und Methan hat auch Wasserstoff eine geringere Dichte als Luft und bildet bei Undichtigkeiten Gaswolken an Innendecken. Diese neigen zu Explosionen. Gasmesstechnik in Garagen wird daher in der Regel oben installiert. 

Geruchlos und farblos: Wasserstoff hat keinen Geruch und keine Farbe, ist also für den Menschen nicht wahrnehmbar. Bei Methan wird dieses Problem durch die Zugabe von Duftstoffen entschärft. Ob dies auch bei Wasserstoff möglich ist, wird derzeit erst erforscht. Gas- und Leckagedetektoren sind hier unerlässlich.

Wenn man sich vorstellt, dass Millionen von harmlosen Laien bezüglich des Umgangs mit einem hochexplosiven Gas auf diese Technologie bei 40 Millionen Personenkraftwagen, vier Millionen Lastkraftwagen und Millionen von Landwirtschafts- und Baumaschinen losgelassen werden, fragt man sich unwillkürlich, mit wie vielen Wasserstoff-Austritten pro Tag gerechnet werden muss. Wird es Idioten geben, die versuchen, Wasserstoff aus Tanks zu klauen? Wie viele Tanks fliegen bei den 6.000 Verkehrsunfällen pro Tag in Deutschland in die Luft? Auch an die Wartung der Tanks, Tanksäulen und Kraftstoffleitungen werden Ansprüche gestellt, die mit einem Benzin- oder Dieselkraftstoffsystem, das weitestgehend drucklos funktioniert, nicht im Geringsten vergleichbar ist. Auch sind Benzin und Diesel zwar brennbar, bilden aber mit Luft nicht gleich so ein hochexplosives Gemisch wie Wasserstoff.

Ich bin überzeugt, dass eine übers ganze Land verbreitete Wasserstoffwirtschaft um ein Vielfaches gefährlicher ist als die Stromerzeugung durch Kernenergie in den Händen lizenzierter Operateure und streng überwachter Betreiber. Aber auch hier gilt die grüne Risikophilosophie: „No pain, no gain“. Na dann: Guten Flug.

Im nächsten und letzten Beitrag dieser Reihe widmet sich der Autor den Problemen bei der Beschaffung der Unmengen des für die komplette Dekarbonisierung benötigten Wasserstoffs.

 

Manfred Haferburg wurde 1948 in Querfurt geboren. Er studierte an der TU Dresden Kernenergetik und machte eine Blitzkarriere im damalig größten AKW der DDR in Greifswald. Wegen des frechen Absingens von Biermannliedern sowie einiger unbedachter Äußerungen beim Karneval wurde er zum feindlich-negativen Element der DDR ernannt und verbrachte folgerichtig einige Zeit unter der Obhut der Stasi in Hohenschönhausen. Nach der Wende kümmerte er sich für eine internationale Organisation um die Sicherheitskultur von Atomkraftwerken weltweit und hat so viele AKWs von innen gesehen wie kaum ein anderer. Im KUUUK-Verlag veröffentlichte er seinen auf Tatsachen beruhenden Roman „Wohn-Haft“ mit einem Vorwort von Wolf Biermann.

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Leo Hohensee / 13.12.2023

@Peter Holschke - Hallo Herr Holschke, Sie schreiben: “Der Große Grüne Doppelwasserstoffsprung nach vorn?” - Sie verwenden das falsche Wort. In diesem Land wird “doppelgewumst”. Dementsprechend wäre die exakte Bezeichnung Wasserstoff-DOPPELWUMS.  Und bei so viel Wums kommt das gaaanz bestimmt. beste Grüße

Leo Hohensee / 13.12.2023

Man muss es hervorheben: Wasserstoff ist so flüchtig, dass er durch alle üblichen Leitungs- und Tankmaterialien hindurch-diffundiert. Bei Benutzung der normalen Gasversorgungsleitungen kämen die Leitungsmaterialien außerdem auch alle zu Schaden. Bei Horst Lüning (Maschinenbau / Luft- und Raumfahrttechnik / Festigkeitslehre im Flugzeugbau / Prozesssteuerungen im Maschinenbau / Kraftwerkstechnik / und mehr) erfährt man, dass “Weltraumtechnik” erforderlich ist zur Beherrschung von Bau, Lagerung und Verteilung Also alles ist “spezial und besonders”. Sarkastisch will ich sagen, - vorhandenes kann man nicht verwenden, alles an der erforderlichen Technik ist preiswert, leicht zu beschaffen und der Umgang mit den Materialien und die Verarbeitung ist jedem Handwerker wohl bekannt (!), ideal also für den Einsatz im Großen

Lutz Liebezeit / 13.12.2023

@ Michael Foitzik Hm, Wasserstoff müßte mit 1000 bar in die Tanks gepresst werden, das ist der Druck für eine 10 km hohe Wassersäule. Guter Vortrag. Ich bin schlauer.

Dennis Decker / 13.12.2023

Was wird der blaue Wasserstoff kosten? Die verfügbaren Elektrolyseanlagen habe eine Wirkungsgrad von unter 50%. Geträumt wird von 90%.  Der Strom kommt aus den Windkraftanlagen (WKA).  Die WKA sind rissig, also werden sie auch niemals billig, also der Strom wird auch entsprechend teuer.  Sehr einfach könnte man den Preis einer kWh berechnen.  Wenn noch dazu kommt, die WKA wird CO2-neutral gebaut,  dann ist das unbezahlbar.  Eine Idee für einen Querulanten für eine Masterarbeit.  Mit 100€ würde mich an dem Preis für einen Mutigen beteiligen. Wer organisiert das und wer macht mit?

S.Busche / 13.12.2023

Mit Strom, den wir nicht haben produzieren wir Wasserstoff, damit wir daraus wieder Strom machen, den es dann immer noch nicht gibt. Clever! Sehr clever! Das ist fast so gut wie mit Strom, den wir nicht haben, mittels Wärmepumpe Wärme, die es selten gibt, zu suchen und dann doch mit dem eingebauten Heizstab tatsächlich Wärme zu erzeugen. Hauptsache teuer und möglichst umständlich mit größtmöglichen Verlusten. Wir könnten ja mit Strom CO2 aus der Luft saugen, den Kohlenstoff separieren und zu Briketts verarbeiten, um dann die Briketts zur Stromerzeugung zu verbrennen. Herrlich, so viele tolle Ideen… Einer noch: Mit Solarelementen in Afrika Strom erzeugen, damit Windräder ANTREIBEN, und den Wind in München wieder mit Windrädern einfangen und zu Strom umwandeln. Auf der langen Strecke wird da sicher noch mehr Wind und damit viel effektiver. Und wir können auf die Kabeltrassen verzichten!

Dieter Kief / 13.12.2023

Manfred Haferburg - würden Sie bitte auf Gerald Schwetniks Kommentar antworten?

E. Variaggio / 13.12.2023

Wasserstoff wird unter hohen Temperaturen instabil. So liegt der Gedanke nicht fern, die Atmosphäre des Mars könnte vor Jahrmillionen in einer ungeheuren Katastrophe verpufft sein, womöglich weil ein außer Kontrolle geratenes Experiment seine Atmosphäre entzündet habe. Das ist wohl durch die Forschungen widerlegt worden, der Planet hätte schon vor Jahrmilliarden auf natürliche Weise Wasser und Atmosphäre verloren. Doch auch im Vorfeld zur Entwicklung der Atombombe rechneten die Wissenschaftler um Oppenheimer aus, ob das Wasser und die Atmosphäre der Erde infolge der Explosion einer Atombombe durch eine Kettenreaktion in Brand geraten könnten. Das Ergebnis zerstreute ihre Bedenken. Ob ihre Berechnungen aber seither, unter Berücksichtigung der Bedingungen eines modernen Atomkriegs, und eben in Verbindung mit einer auf Wasserstoff-Technologie basierenden Energiewirtschaft, noch einmal überprüft wurden, möchte ich bezweifeln. Frohe Weihnachten!

Michael Foitzik / 13.12.2023

@ Gerald Schwetlik; ganz großartig Herr Schwetlik Ihr Kommentar als Chemiker. Wasserstoff ist ja sowas von sicher und ungefährlich, sicherer ist wahrscheinlich nur Stickstoff. Das hat man ja auch schon am 6.5.1937 in Lakehurst beobachten können, wo die “Hindenburg” so eine ganz kleine Panne ereilt hat. Oder etwas kürzer zurückliegend am 10.06.2019 im norwegischen Sandvik, wo eine (unbesetzte) Wasserstofftankstelle in die Luft geflogen ist. Ich weiss auch nicht, ob sie explodiert oder nur detoniert ist, ich bin aber auch kein Chemiker. Aber Herrn Haferburg als absoluten Laien zu bezeichnen, das ist schon grandios, das traut sich auch nicht jeder.

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