Volker Voegele, Gastautor / 20.07.2020 / 10:00 / 37 / Seite ausdrucken

Rettung durch die „Grüne Wasserstoffwirtschaft“?

Nachdem die sogenannten Energiewende immer deutlicher an ihre (pysikalischen) Grenzen gerät und dem Land eine der womöglich größten Fehlinvestitionen seiner Geschichte bescheren könnte, geht nun die Formel von der Wende-rettenden Wasserstoff-Wirtschaft um. Wie realistisch ist das?

Erst einmal einige Eigenschaften des Wasserstoffs:

  • Nur gebunden auf der Erde vorkommend; im Wesentlichen mit Sauerstoff im Wasser.
  • Molekularer Wasserstoff H2 ist erheblich weniger dicht als Luft.
  • H2 diffundiert durch viele Materialien und erhöht die Sprödigkeit vieler Metalle. Beim Speichern von komprimierten H2 und flüssigem H2 muss man Sorgfalt für das richtige Material tragen.
  • Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasser. Mit Hilfe eines Katalysators (z. B. Platin) oder eines elektrischen Funkens lässt sich die bei Umgebungstemperatur langsame Reaktion enorm beschleunigen.

Die aktuelle Idee:

Die „Energiewende“, genauer „Stromerzeugungswende“, in Deutschland ist bisher grandios gescheitert und das manifestiert sich in den folgenden Tatsachen.

  • Erhöhte CO2- und Schadstoff-Emissionen. 
  • Stark reduzierte Versorgungssicherheit, d. h. das Blackout-Risiko ist gravierend.
  • Deutlich gestiegene Stromkosten.
  • Massive Beeinträchtigung der Landschaft, Flora und Fauna speziell durch eine Unzahl von Windkraftanlagen.

Die derart erfolglosen „Energiewende“-Phantasten kommen nun mit einer neuen Idee. Sie wollen mit „regenerativ“ erzeugtem Strom in Afrika (z. B. Marokko) dort ebenfalls Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser gewinnen und dann in 'Behältern' nach Deutschland transportieren. Technisch ist das durchaus realisierbar, etwa via Pipelines oder mit Flüssigwasserstoff-Tankern. In Deutschland könnte man dann H2 mit O2 aus der Luft zusammenbringen, z. B. in einer Brennstoffzelle oder in der Brennkammer für eine Turbine eines Kraftwerks. Das alles klingt erst einmal erfolgversprechend. Es ist jedoch leicht nachprüfbar, dass die technischen, ökonomischen und politischen Hürden zu hoch für eine allgemein rentable Nutzung sind. Schauen wir deshalb auf die wichtigen Punkte, ohne uns in Details zu verlieren.

Die Erzeugerländer:

Mitnichten wäre ein Erzeugerland in Afrika versorgungstechnisch ausreichend für die (europaweite) Bereitstellung von Wasserstoff. Das wäre auch ökonomisch und politisch nicht sinnvoll.Es stellt sich generell die Frage nach den Risiken speziell von hohen Investitionen in politisch instabile Länder.

Strom und Wasser für die Elektrolyse

Der „regenerativ“ gewonnene Strom muss Gleichstrom sein bzw. derart umgewandelt, am vorteilhaftesten mit konstanter Stromstärke. Wasserressourcen sind in weiten Teilen Afrikas limitiert bzw. regional sehr unterschiedlich groß. Ferner könnten Mengen und Art der Rohstoffe für die Elektrodenmaterialien ziemlich problematisch werden.

Die Transportkonzepte:

Für den Transport in Pipelines muss der Wasserstoff auf einige hundert bar komprimiert, zum Transport in Containern verflüssigt und kühl gehalten werden. Das bedingt neben speziellen Materialien einen hohen sicherheitstechnischen (Stichwort Luftschiff 'Hindenburg') und energetischen Aufwand. Im industriellen Maßstab sind die Verfahren noch nicht erprobt. 

Die Transportwege:

Diese sind sehr lang und müssten eine ausreichende Sicherheit und Redundanz aufweisen.

Die Energieverluste bei Elektrolyse, Komprimierung oder Verflüssigung, Transport und Wiederverstromung:

Noch den heute bekannten Verfahren dürften dabei circa 70 bis 80Prozent der ursprünglichen Energie verloren gehen, bzw. 20 bis 30 Prozent der ursprünglichen Energie wären noch nutzbar. Diese Angabe ergibt sich aus der Multiplikation der Einzelwirkungsgrade, die je nach Literaturquelle und betrachteter Technik teils recht unterschiedlich ausfallen. Tendenziell wurden hier optimistische (!) Werte für die Wirkungsgrade angenommen. Für die Komprimierungs-Variante scheinen beispielsweise im Schnitt die Einzelwirkungsgrade 0,8 x 0,9 x 0,7 x 0,5 = 0,25 = 25 % erreichbar zu sein. Es würde den Rahmen dieses Beitrages sprengen, an dieser Stelle eine Detailanalyse zu machen.

Zwischenfazit – der Wasserstofftransport ist eine Schnapsidee:

Der direkte Stromtransport via Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung mit deutlich geringeren Verlusten von circa 15 bis 25 Prozent, bei z. B. 4.000 Kilometer Leitungslänge, wäre dem sehr verlustreichen Wasserstofftransport vorzuziehen. Bezogen auf die Stromausbeute könnte man das gut 3-fache der Leistung und ebenfalls der Energie als beim H2-Transport ausnutzen! Das größte Problem sind hier aber die gewaltigen politischen Unzuverlässigkeiten (Diktatoren und Terroristen) in Afrika, denn die wenigen HGÜ-Leitungen, die eine Mittelmeer-Unterquerung sinnvollerweise zulassen würden, könnte man leicht „abschalten“. Dies wäre das perfekte Szenario für einen Blackout, denn so abrupt, wie man „ausschaltet“, wird man keine Reservekraftwerke hochfahren können.

Die Verteilung des Wasserstoffs in Deutschland:

Beim technischen Verbraucher wird das H2 mit dem O2 aus der Luft zusammengeführt, zum Beispiel in der Brennstoffzelle des Autos oder in der Brennkammer der Kraftwerksturbine. Die Verteilung für die H2-Tankstellen müsste ähnlich dimensioniert werden wie für Benzin & Diesel, allerdings bei deutlich erhöhten technischen Anforderungen, insbesondere für die Sicherheitstechnik. Der komplette Aufbau des Verteilungsnetzes dürfte Jahrzehnte dauern.

Die Brennstoffzelle:

Sie ist bisher ein insgesamt wenig verbreitetes Produkt, besitzt aber in speziellen Anwendungen, wo es allerdings auf Energiekosten nicht besonders ankommt, durchaus signifikante Vorteile. Anders als eine Wärmekraftmaschine generiert sie Strom ohne Umwandlung der chemischen Energie in Wärme und Kraft.

Die H2-Gasturbine:

Die H2-Gasturbine ist Zukunftsmusik, denn die Handhabung der extrem heißen Brennflammen und die Reduktion der unerwünschten Neben-Produktion von Stickoxiden NOx sind noch nicht als Marktlösungen verfügbar. Ob, wie und wann eine solche Turbine entwickelt werden kann, ist recht unsicher. Die entsprechende Forschung und Entwicklung ist hierzu noch wenig fortgeschritten. Anmerkung: Im Luftstrom für die H2-Gasturbine befindet sich natürlich auch N2 und der reagiert in der Flamme mit O2.

Der jüngst etablierte deutsche Nationale Wasserstoffrat:

Er wird an den vorgenannten Gegebenheiten wenig ändern können. Zu befürchten ist leider, dass dieser Verein ähnlich kontraproduktiv beziehungsweise verquer agiert wie die „Ethikkommission“ für den Kernenergieausstieg und die „Kohlekommission“ für den Ausstieg aus den Kohlekraftwerken.

Der Zeithorizont für eine durchgängige Realisierung einer „Grünen Wasserstoffwirtschaft“:

Das Projekt weist zu viele technische, ökonomische und politische Schwierigkeiten und Unbekannte auf, als dass es zu einem befriedigendem Abschluss kommen kann. Der Zeithorizont wird mithin sehr diffus bleiben. Alleine schon die Koordinierung mit den potentiellen H2-Erzeugerländern und etlichen Ländern, die eine H2-Transferfunktion haben, wird eine Mammutaufgabe werden. Inwieweit andere europäische Länder sich beteiligen, ist auch noch unklar. Diverse neue Nischenprodukte für die Energiewirtschaft sind dagegen gut vorstellbar auf Basis der Wasserstoff-Nutzung.

Alternative, bessere Energiekonzepte:

Die „Grüne Wasserstoffwirtschaft“ basiert zum Großteil auf wenig belastbaren Visionen. Alternativlos ist diese keineswegs, denn bis zum Beginn der „Energiewende“ hat die Energiewirtschaft in Deutschland mit hoher Versorgungssicherheit funktioniert und war kostengünstig. Und für technische, sicherheitstechnische und ökologische Verbesserungen ist qualifizierte Konzeptarbeit wie zum Beispiel für den 'Dual-Fluid-Reaktor' schon längst getätigt, veröffentlicht und beschrieben. Hieran könnte unmittelbar angeknüpft werden.

Das Konzept des Dual-Fluid-Reaktors benötigt weit weniger Ressourcen und Aufwand als die „Grüne Wasserstoffwirtschaft“, da es physikalisch auf Kernprozessen und nicht auf Atomprozessen basiert. Doch mit diesbezüglichem Fachwissen, Forschung und Entwicklung nimmt man es im „grünen“ Deutschland nicht mehr so ernst – das Land hat ohne Not seine technisch führende Rolle in der Energiewirtschaft verspielt. Freundlicherweise werden sich andere Ländern um tragfähige, moderne Energiekonzepte kümmern.

Volker Voegele ist promovierter Physiker und lebt in der Schweiz. Er hat über 20 Jahre Berufserfahrung in der Prozessleittechnik für weltweit installierte Großkraftwerke und ist seit 2017 pensioniert.

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Leserpost

netiquette:

G. Schilling / 21.07.2020

Wäre es nicht einfacher, wenn jeder Einwohner in Dummland täglich einen Eimer Tageslicht in ein Rohr schüttet und daraus dann politische Diplom-Physiker Energie draus machen???

Maike Citronella / 20.07.2020

Bei vielen Dingen und besonders bei der Energie wird wirklich jede Woche oder besser gesagt in kurzen Abständen eine neue kranke Sau auf 2 Beinen durchs Dorf getrieben, bzw. geschleppt. Und die Schlepper sind die Deppen der Nation, die das Schleppen mit den erhöhten Kosten der kranken Denkungsweise der sogenannten modernen Energiegewinnler berappen sollen. Wir hatten die modernsten, sichersten Atommeiler der Welt, fast CO 2 freie Energiegewinnung auf Jahrzehnte gesichert. Und was macht da Frau Bundeskanzlerin, weil im fernen Fukushima in Japan durch ein Tsunami die dortigen Atomkraftanlagen in Mitleidenschaft gezogen wurden, sie macht eine Kehrtwende um 180 Grad und nimmt die soeben verabschiedeten Laufzeitverlängerungen für unsere sicheren Atomkraftwerke wieder zurück und beschließt überhastet den Ausstieg aus der Atomwirtschaft. Das schlimme an der Sache ist zudem, dass das alles widerstandslos hingenommen wurde. Alle die in der Regierungsverantwortung standen, haben dort ohne Veto einzulegen, dieses alles mitgetragen. Ich habe hier schon mal gesagt: Frau Kanzlerin kann schalten und walten wie sie will, ihre parlamentarische Kinderschaar, egal welchen Alters sie auch sind, hängen an ihren Lippen und machen alles, damit Mutti ja nicht schimpft und vielleicht noch böse auf sie wird. Denn sie hat ja das Sagen und gibt die politische Richtung vor. Für mich ist das Autokratie, in vollendeter Form!

Andreas Rochow / 20.07.2020

So weit sind wir in Merkel-D gekommen: Das alternativlos Gute wird über die Realität/Wahrheit gestellt. Wissenschaft und Universitäten vermeiden Kritik und Kontroverse, weil sie sich lieber mit Fördermilliarden dummschalten lassen. Wer schützt uns vor diesem Zerstörungswerk, das mit der Beendigung von Meingsäußerungsfreiheit und Demokratie zwangsläufig verbunden ist? Ich will kein “Vorreiter” sein! Wer liefert das Platin? Wer kalkuliert die Umweltgefahren durch massenhaftes Entweichen von H2? Ist H2 wirklich pipeline-fähig?  Entstehen etwa bei der Reaktion von H2 mit Luft-Sauerstoff - 78,08% Stickstoff! - keine Stickoxide? Weshalb muss die deutsche Automobilindustrie auf Merkels verquere Kampagnen einknicken? Mit welchem Motiv werden Energieversorgungssicherheit und Industrie zertrümmert? Wer wagt es endlich, den Artikel 20 des GG zu ziehen, ehe der Schaden irreversibel ist? Der Wahnsinn muss gestoppt werden!

Sven-Uwe Urban / 20.07.2020

..nur zur Ergänzung: Ich denke den Dual-Fluid Reaktor müsste man sogar dann bauen, wenn man Energie reinstecken müsste. Die Möglichkeit den Atommüll der tausende Jahre strahlt in welchen umzuwandeln, der nur 300 oder weniger strahlt.. das wäre eine wichtige Aufgabe in unserer Verantwortung für die Zukunft.

Karla Kuhn / 20.07.2020

“Doch mit diesbezüglichem Fachwissen, Forschung und Entwicklung nimmt man es im „grünen“ Deutschland nicht mehr so ernst – das Land hat ohne Not seine technisch führende Rolle in der Energiewirtschaft verspielt. Freundlicherweise werden sich andere Ländern um tragfähige, moderne Energiekonzepte kümmern.”  Sehr guter Artikel und herrliche Leserbriefe, zum Glück gibt es auch viel zu lachen. “Freundlicherweise”, die lachen sich ins Fäustchen über unsere ” technischen Leuchten. ” Bald soll Mathe abgeschafft werden beim Abi und nur das Politische “Denken” gefördert werden, da kommen dann bestimmt die wahren “Spezialisten” zum Zuge. Wissen die eigentlich WIE Denken geht ? Ich horte schon mal jede Menge Kerzen. Und den guten alten Kanonenofen kann man auch wieder kaufen. Und garantiert GRÜN-ROT-Schwarz FREI !!

Reinhold Schmidt / 20.07.2020

Gefühlt jede Woche wird eine neue Sau durch die deutsche Energieirrenanstalt getrieben. Eine Heilsbotschaft des sicheren Endsieges der DEU Energiewende nach der anderen: Realisierbarkeit - egal, Kosten - egal, Umweltverträglichkeit - egal, usw. - egal. Das wird sich auch nicht ändern, solange abertausende, gut situierte, meist linksgrüne Energiewendegewinnler (Solar- und Windmühlenbesitzer, Häuslebauer, E-Mobilitätsanhänger) dabei durch staatliche Subventionen einen vorzüglichen Reibach auf Kosten des einfachen Steuerzahlers machen können (siehe an der Spitze “Sonnenkönig” Frank Asbeck, Gründungsmitglied der Grünen). Daher weg mit allen Subventionen für sogenannte erneuerbare Energien (Energie kann nicht erneuert, sondern mit zum Teil drastischen Verlusten nur umgewandelt werden). Auf das dann einsetzende Gejammer, dann erreichen wir aber die Klimaziele nicht, kann man nur erwidern, vielleicht sind diese Klimaziele selbst völlig idiotisch. Mit panischer Angst will man in DEU alles vermeiden, was zur einzig richtigen Einsicht führt: der stetig wachsende Energiebedarf der Weltbevölkerung (ja auch die Menschen in Afrika, Asien usw.  haben in ihrer Heimat einen berechtigten Anspruch auf ein erfülltes Leben ohne Not und mit allen Annehmlichkeiten und dafür braucht man Energie) kann nur durch die Nutzung der Kernenergie umweltverträglich realisiert werden.

Dr. Stefan Lehnhoff / 20.07.2020

Als Chemiker und Automann, füge ich noch hinzu, dass Wasserstoff ein guter Treibstoff für Wankelmotoren ist, wenn man schon mit H2 Auto fahren will. Aber natürlich stimmt das alles- H2 ist technisch ein sehr problematisch zu handhabendes Gas und wenn man wirklich Strom ohne Ende hat (sprich aus nuklearer Quelle), dann konvertiert man ihn trotz mäßigen Wirkungsgrad in Methan, vielleicht auch Methanol. Dafür gibt es bereits eine Infrastruktur und man kann damit Heizen und Fahren.

Bernhard Freiling / 20.07.2020

Wenn wir schon mal dabei sind, wie wäre es damit: Jeder Haushalt wird verpflichtet, eine “Reservestrombatterie”, so ungefähr in der Größenordnung von 100 KW,  zu installieren. “Der Durchschnittshaushalt” verbraucht jährlich rd. 4.000KWh, oder auch rd. 10 bis 12 KWh pro Tag. Mit einer 100KW-Batterie könnten bei Vollast rd. 10 Tage überbrückt werden. Wenn sich die Haushalte in “stromlieferungsfreier Zeit” zurück halten, wäre ohne Weiteres eine Verdoppelung zu erzielen. M.E. ausreichend um annähernd jede Dunkelflaute überstehen zu können. ++ Wie finanzieren? 1. über eine Reduzierung der aktuellen Strompreise. M.E. ohne Weiteres machbar, da “Überschußstrom” nicht mehr verschenkt oder sogar mit Bonus abgegeben werden muß. 2. Über staatlich geförderte KfW-Darlehn, deren Laufzeit an die Nutzungsdauer der Batterien gekoppelt ist, die aus der Einsparung des laufenden, jetzt verbilligten, Strombezugs bedient werden können. Ferner können hier die eingesparten Gelder eingesetzt werden, die der Staat zum Aufbau völlig unsinniger Ersatzlösungen und deren Infrastruktur aufzuwenden gedenkt.  3. Aufbau der Kapazitäten zum Bau der Batterien in Deutschland. Förderung nur für in Deutschland hergestellte Batterien. ++ Erwartetes Ergebnis: Ein möglicher Blackout für Privathaushalte wäre “vom Tisch”. Deutschland wäre weiterhin energieautark und erheblich weniger vom Wohlwollen der Nachbarländer hinsichtlich Stromlieferung abhängig. Der Zeitraum zur Umsetzung wäre gewiß nicht länger als der, den man jetzt für die Umstellung auf “grünen Wasserstoff” veranschlagt. Die Kosten sollten erheblich darunter liegen. ++ Wer rechnet’s aus? Wer macht eine “Machbarkeitsstudie”?  Ach, brauchen wir Alles nicht! Unter Merkel sind wir dran gewöhnt, einfach mal irgendwas anzuleiern und anschliessend zu sehen, wohin es uns führen wird. Warum nicht auch hier? Es geht ja nur um einige 100 Milliarden €, vielleicht sogar nur um 2 bis 3 Billionen. ;-) Also quasi um einen Griff in Scholzens Portokasse.

Klaus Plöger / 20.07.2020

BERLIN Wahrheitsministerium. Die Priester der Apokalypse predigen hier den Untergang der Welt. Doch: Halleluja, sie werden euch retten. Dazu brauchen sie nur euren Glauben und euer Geld.

Hans-Werner Foitzik / 20.07.2020

Wenn das alles so schwierig ist, müssen hält neue Gesetze (am besten neue Naturgesetze) her. Da sich z. B. Energie nicht erneuern, sondern nur umwandeln lässt, haben unsere Volkskasper prompt das Erneuerbare-Energie-Gesetz verabschiedet. Da muss eben nun das Schöne-Wasserstoff-Energie-Gesetz nachgeschoben werden und alles ist gut. Also habt euch mal nicht so.

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