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:

Helmut Driesel / 20.07.2020

  Nebenbei: Was man noch effizienter hierher leiten könnte als Wasserstoff oder Strom, wäre das Licht! Aber sagen Sie es nicht weiter! Hier in Deutschland, dem Eldorado der Energieforschung gibt es einen riesigen Forschungsverbund unter dem Namen “Kopernikus”, zuletzt erweitert um das übergreifend Organisatorische unter dem Namen “Ariadne”. Das sind ganz gewiss nicht alles schlecht ausgebildete Fanatiker, die bloß grünen Hirngespinsten hinterher laufen. Die haben sogar schwarz auf weiß zugegeben, dass mit den bisherigen Anstrengungen der Regierung die Ziele nicht zu erreichen sind. Also ich verlasse mich auf diese Leute, pauschal und anonym.

Josef Hunne / 20.07.2020

@ Dieter Weiß Wasserstoff und Stadt-/Erdgas sind zwar beides brennbare Gase, aber doch sehr ungleiche Brüder in Bezug auf ihre Eigenschaften. Deshalb ist die zugehörige Technologie ebenfalls deutlich unterschiedlich und für den Wasserstoff ungleich problematischer. Und wenn dann noch irgendeine Partei-Leuchte öffentlich macht, dass Wasserstoff und Wasserstoffbombe irgend etwas gemein haben müssen, wird wieder eine neue Energie-Sau für den Trieb durch das Dorf gebraucht.

Michael Sachs / 20.07.2020

Wer einen Fehler macht u. den nicht revidiert macht damit einen zweiten Fehler, der erste Fehler war das CO2 zu einem Treibhausgas umzufunktionieren, CO2 ist ein Nährstoff ohne den würde die Welt verhungern, d.h. wir brauchen nicht weniger CO2 sondern mehr, zweitens das vom Menschen erzeugte CO2 ist 0.04% des gesamten CO2s der Erdatmosphäre, d.h. aus dem Erdmantel gast jedes Jahr hunderttausendmal mehr Gas aus als die Menschheit je durch Verbrennung erzeugen kann u. das ist auch gut so. Die NASA hat die gesamte Erde von Satelliten aus auf ihren CO2 Ausstoß gemessen u. jetzt kommt der grüne Hammer von dem die Grünen aber nichts wissen, die Stellen die das meiste CO2 erzeugen sind nicht Shanghai, Singapur oder New York nein es ist die Sahara ihr habt richtig gelesen dort wo es keine Großstadt gibt wo keine Autos fahren da gast das meiste CO2 aus u. das hat seinen Grund aus dem Erdmantel der Sahara kann das Gas ungehemmt in riesigen Mengen ausgasen denn das Erdinnere ist voll von CO2. Es gibt auch unter den Oceanen Hunderte von Kilometern lange Stellen aus denen CO2 ausgast, nur es wird in den linken Massenmedien nicht publiziert da die Menschen auf das sogenannte Treibhausgas eingeschworen werden sollen, denn Goldmann Sachs liebt die CO2 Emissionen im Aktienbereich über alles, ja der Neoliberalismus wird es schon richten vor allem weil die Grünen Linken so darauf abfahren.

Gereon Stupp / 20.07.2020

Wasserstoff zur Energiegewinnung macht nur Sinn mit der Kernfusion. Von einem stationären Prozeß im Reaktor sind wir aber noch Jahrzehnte entfernt. Die Geschichte der Menschheit spricht dafür, daß sie es dereinst schaffen wird, aber das wird ein Thema fürs 22. oder gar 23. Jhd. Für Kontinentaleuropa spielt das alles keine Rolle. Hier werden die neuen Herren irgenwann froh sein, die alten Pütte an der Ruhr mit primitivsten Mitteln wieder aufzuschließen. Auch die gemeine Klütte wird ihre Renaissance erleben. Statt UNION wird wohl INSHALLAH draufstehen. Dem Kamin kann’s egal sein.

Rolf Lindner / 20.07.2020

Eine Lambdasonde ist eine einfache galvanische Zelle, die Elektroenergie aus der Potentialdifferenz zwischen einem sauerstoffreichen Gas (Luft) und einem sauerstoffarmen Gas (Rauchgas) mit Hilfe eines sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten gewinnt. Die Potentialdifferenz, d.h. der Energiegewinn, kann durch den Einsatz von Stickstoff und Sauerstoff gesteigert werden. Kehrt man das Prinzip der Lambdasonde um und steckt elektrische Energie und Luft hinein, produziert solch eine Zelle reinen Sauerstoff und Stickstoff bleibt übrig. Die Gase sind im Vergleich zu Wasserstoff einfach handhabbar. Der Rohstoff steht überall kostenlos zur Verfügung und muss nicht einmal vorbehandelt werden, so dass eine Anlage entsprechend der Idee ein echter Akkumulator wäre. Alle anderen Techniken, die zum Betrieb einer solchen Anlage notwendig wären, sind vorhanden. Die Verwirklichung und großtechnische Anwendung der Idee würde die Wasserstofftechnologie wirklich zu einer Nischentechnologie degradieren, könnte aber zu meinem Leidwesen eine Stütze grüner Phantasien sein.

Hanns-Jürgen Mostert / 20.07.2020

Hmmm, meine Meinung, ohne dem Artikel als solchen zu widersprechen. Wasserstoff (H2) ist IMHO der Energieträger der Zukunft. Er ist einfach zu produzieren, hat einen hohen Energieinhalt und ist so gesehen zu 100% recyclingfähig Das (technisch lösbare, aber teure) Problem sind die Speicherung und der Transport von H2, siehe den Artikel. Die Lösung sieht IMHO so aus, daß aus dem H2 zusammen mit C (Kohlenstoff) ein synthetischer, lagerfähiger und transportabler Treibstoff.gewonnen wird. Bekanntlich ist “unser aller” Benzin ein solcher Treibstoff, ebenso wie das Gas Methan. Ich bin sicher, es ist großtechnisch machbar, aus H2 und C idealerweise einen flüssigen Energieträger (Treibstoff) zu synthetisieren. Der Problempunkt ist hier dann die Gewinnung von C. Ach ja, “wie” haben ja (angeblich) ein CO2-Problem, das uns angenehme Sommertemperaturen schenkt, nun 2020 eher nicht. Also braucht man „nur“ CO2 zu C und O2 zu reduzieren. Laut eines befreundeten Chemiker ist das möglich, aber großtechnisch, außer in der Natur via Photosynthese meines Wissens noch nicht realisiert. Das wäre doch die finale Superlösung, oder?

M.-A. Schneider / 20.07.2020

So reiht sich eine “Schnapsidee” an die andere, und währenddessen sich unsere Eliten in ihren Fantasien und Eigeninteressen suhlen, arbeiten andere Länder massiv an Erfolg versprechenden Alternativen (Kernenergie, dual-fluid-System), wie hier bei Achgut schon oft thematisiert, Alternativen, die realisierbar sind und Versorgungssicherheit sowie Bezahlbarkeit und Umweltschutz garantieren.

Tom Walter / 20.07.2020

@K.H. Münter ” das Problem mit den sehr teuren Elektroden bei der Wasserstoff-Elektrolyse. Die benötigen neben Gleichstrom unbedingt gleichmäßig fließenden Strom sonst gehen die ganz schnell kaputt.” Ich habe das schon oft gelesen und bezweifle das nicht. Leider ist es mir noch nicht gelungen, dazu eine Quelle zu verifizieren, auf die ich auch mal Dritte verweisen könnte. Können Sie (oder Andere) mir da mal auf die Sprünge helfen? Vielen Dank im Voraus.

Dieter Weiß / 20.07.2020

Ganz so schwarz würde ich es nicht malen. Die Wasserstofftechnik ist low tech und schon lange Stand der Technik, bloss dass sie früher Stadtgas hieß. In jeder einigermassen großen Stadt mit ein paar zehntausend Einwohnern gab es ein Gaswerk und die ensprechenden Tanks. Auch der Transport ist so schwer nicht, schließlich bekommen wir Erdgas aus Sibirien und sonstwoher. Schwerwiegender wiegen die politischen Unsicherheiten und die Abhängigkeit von Durchleitungsländern. Ich möchte nur dran erinnern, dass die Ukraine uns vor ein paar Jahren den Gashahn abgedreht hat. Deshalb wird ja auch so gegen NordStream 2 angekämpft. Die Durchleitungsländer verdienen ordentlich, ohne dass sie selber was machen müssen und können uns jederzeit unter Druck setzen. Der DualFluid Reaktor ist schon nett aber doch nur eine Idee. Wenn die jemals verwirklicht wird, dann nicht in den nächsten 30-40 Jahren und da ist vieleicht auch die Fusion soweit. Was wir brauchen sind wieder mehr lokale Lösungen. Die Gemeinden (und auch die Betriebe!) müssen ihre Energieversorgung wieder selbst in die Hand nehmen, wobei jeder dass macht was er kann und hat und das was übrigbleibt in das Netz einspeisst.

Ernst Dinkel / 20.07.2020

Da irgendwann auch der letzte Depp begriffen hat, dass eine Versorgungssicherheit basierend auf Windmühlen auch bei weiteren zig Tausend Stück nicht gewährleistet sein kann, muss ein neuer Grund für den Mühlenbau her. Nun ist es die Wasserstoffproduktion; damit kann man nun weitere Jahre tote Pferde reiten und Steuergelder verplempern. Es sei denn, man steigt aktiv ein, dann lässt es sich von dem “Verplemperten“ bestens leben. Wie heißt es doch: Das Geld ist nicht weg, es hat nur jemand anderes.

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