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.