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Energiewende Iserlohn

Wasserstoff

Wasserstoff ist ein vielfältiger Energiespeicher mit einer Reihe von Einsatzmöglichkeiten.

Das ist mit dem umweltfreundlichen Energieträger alles möglich!

wasserstoff

Energiewende- Wasserstoff

Wasserstoff als Energiespeicher

– eine zukunftsweisende Technologie

Die Idee, Wasserstoff als Energiespeicher zu nutzen, entstand schon im Jahre 1839. Damals entdeckte

der Wissenschaftler Sir William Grove wie man per Umkehrung der Elektrolyse aus Wasserstoff und

Sauerstoff Strom herstellen konnte.

Die Technologie konnte sich allerdings damals nicht gegenüber dem Verbrennungsmotor durchsetzen.

Doch tot war die Idee trotzdem nicht. Immer wieder kam Wasserstoff als Energieträger in die

öffentliche Diskussion. Heutzutage wird es Ernst für das Element mit der Ordnungszahl 1. In immer

mehr technologischen Varianten wird Wasserstoff als Speichermedium eingesetzt und mittlerweile

auch von der Bundesregierung als umweltverträgliche Energiequelle gefördert.

H₂O – erneuerbare energie

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff (H2) ist ein Gas und wird als ein Trägermedium für Energie genutzt. Er kommt in der Natur kaum eigenständig vor, sondern ist in der Regel immer mit anderen Elementen gebunden – so zum Beispiel in Wasser ((H₂O) oder in Kohlenwasserstoffverbindungen, in Methan und anderen Stoffen. Um reinen Wasserstoff zu gewinnen, muss man die chemischen Verbindungen aufspalten.

Dieses Verfahren nennt man Elektrolyse und benötigt Energie.

Warum ist Wasserstoff bunt?

Die Idee, Wasserstoff als Energiespeicher zu nutzen, entstand schon im Jahre 1839. Damals entdeckte

der Wissenschaftler Sir William Grove wie man per Umkehrung der Elektrolyse aus Wasserstoff und

Sauerstoff Strom herstellen konnte.

Die Technologie konnte sich allerdings damals nicht gegenüber dem Verbrennungsmotor durchsetzen.

Doch tot war die Idee trotzdem nicht. Immer wieder kam Wasserstoff als Energieträger in die

öffentliche Diskussion. Heutzutage wird es Ernst für das Element mit der Ordnungszahl 1. In immer

mehr technologischen Varianten wird Wasserstoff als Speichermedium eingesetzt und mittlerweile

auch von der Bundesregierung als umweltverträgliche Energiequelle gefördert.

grüner Wasserstoff

Der grüne Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Der Strom für diese Elektrolyse kommt aus erneuerbaren Energiequellen. Dementsprechend gibt es keinen CO2-Ausstoß – weder bei der Herstellung noch beim Einsatz des Wasserstoffs zur Wärme oder Stromerzeugung.

grauer Wasserstoff

Grauer Wasserstoff steht in Verbindung mit fossilen Brennstoffen, die zur Gewinnung genutzt werden. Dabei wird bei der Herstellung Erdgas thermisch in Wasserstoff und CO2 verwandelt. Auch die Vergasung von Kohle (brauner Wasserstoff) zählt zu den Verfahren, die aus fossilen Brennstoffen den Wasserstoff gewinnen.

blauer Wasserstoff

Beim blauen Wasserstoff wird das in der Herstellung des grauen Wasserstoffs anfallende CO2 abgeschieden und gespeichert. Das sogenannten Carbon-Capture-and Storage kann einen Beitrag zur CO2-Reduzierung leisten, da kein CO2 bei der Herstellung in die Atmosphäre entweicht.

türkise Wasserstoff

Der türkise Wasserstoff wird über thermische Spaltung aus Methan gewonnen. Hierbei entsteht kein gasförmiges CO2, sondern fester Kohlenstoff. Wird die Energie für den Hochtemperaturreaktor aus erneuerbaren Energien gewonnen und der Kohlenstoff gebunden, erreicht man ebenfalls eine CO2-Neutralität.

pinker Wasserstoff

Nuklear erzeugter Wasserstoff, wird als pinker Wasserstoff bezeichnet.

roter oder gelber Wasserstoff

Wasserstoff aus einem Energiemix wird als roter oder gelber Wasserstoff gekennzeichnet.

Die photosynthetische Gewinnung von Wasserstoff steckt noch in den Kinderschuhen und hat noch keine Farbkennung.

Die Wasserstoffstrategie des Bundes verfolgt den Ausbau des grünen Wasserstoffes.

Iserlohn – Energiewende

Wo und wie wird Wasserstoff eingesetzt?

In Industriebereichen mit hohen Energieverbräuchen, wie in Stahlwerken und Raffinerien, wurden

bereits Pilotprojekte gestartet, um dort fossile Brennstoffe gegen grünen Wasserstoff auszutauschen.

Auch ein Einsatz in der Zement- und Glasindustrie wird geprüft. Im Bereich Verkehr und

Wärmeerzeugung gehört die Wasserstofftechnologie bereits seit Anfang der 2000er-Jahre zum

Energiemix, jedoch noch auf Kleinserien-Niveau.

Wasserstoff zur Stromerzeugung

Im Zusammenhang mit der Wasserstofftechnologie wird auch das Thema Brennstoffzelle häufig genannt. Die Brennstoffzelle kehrt die Elektrolyse um und erzeugt so Strom und Wärme. Übrig bleibt lediglich Wasser.

In Kraftfahrzeugen kommt dafür die Polymer-Elektrolyt-Membran-FuelCell (PEMFC), eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle, zum Einsatz. Die Membran in dieser Brennstoffzelle trennt Wasserstoff und Sauerstoff. Die Brennstoffzelle wandelt den getankten Wasserstoff durch die Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft in Strom um. Dieser wird dann in einem Elektromotor für den Antrieb genutzt. Diese Art der Wasserstoffnutzung wird bereits serienmäßig verbaut.

Die Brennstoffzelle im Privathaushalt

Während in Japan sehr viele Haushalte über eine Brennstoffzelle als Energielieferant verfügen, ist bei uns diese Technologie noch nicht so verbreitet. Dabei ist das Prinzip mehr als clever und schlägt zwei Fliegen mit einer Klappe. Ein Mini-Blockheizkraftwerk mit Brennstoffzelle versorgt das Haus umfassend mit Energie. Durch die Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff entsteht nämlich nicht nur Strom, sondern auch Wärme. Diese Wärme wird aus der Brennstoffzelle abgeführt und zum Heizen genutzt. Die PEM-Brennstoffzellen, die in sogenannten Micro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen verbaut sind, nutzen den Wasserstoff zur Wärmegewinnung. Die Micro-PEMFC haben eine maximale Leistung von 3 kW. Das deckt die Versorgung eines Haushaltes nahezu ab. Werden Brennstoffzellen im großen Stil eingesetzt, kann die PEMFC eine Leistung, bis 250 kW und 80 Grad erreichen. Das reicht, um ein Mehrfamilienhaus oder eine kleine Siedlung zu versorgen.

Wasserstoff als Brennstoff

Die erste öffentliche Wasserstofftankstelle gab es bereits 1999 in Hamburg. In München war vorher eine Wasserstofftankstelle zu Forschungszwecken der Automobilindustrie in Betrieb. Hier ging man davon aus, dass ein Auto mit Verbrennungsmotor direkt Wasserstoff tanken und verbrennen kann.Der Wasserstoff wurde tiefgekühlt in flüssiger Form bereitgestellt. Nach zehn Jahren Pause wird wieder an der Serienreife dieser Art der Wasserstoffnutzung im Nutzfahrzeugbereich gearbeitet.

Wasserstoff in PowerFuels

Die Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff sind extrem vielfältig. Man kann ihn nicht nur direkt als Energieträger nutzen, man kann damit auch Kohlenwasserstoffe wie Methanol erzeugen, die als Treibstoff dienen. Herkömmliche Verbrennungsmotoren können diese Treibstoffe nutzen und sind damit nicht mehr auf fossile Energieträger angewiesen. Die Umwandlung von Wasserstoff in Methanol würde dabei nicht direkt im Auto erfolgen, sondern durch Sektorenkopplung in größeren Mengen am Windpark. Diese Art der Wasserstoffnutzung ist zwar noch in der Erforschung, könnte aber eine Lösung für das Dilemma der Verbrennungsmotoren sein.

Durch die vielfältigen chemischen Reaktionen und Energieumwandlungen bei der Nutzung von Wasserstoff entstehen Energieverluste. Da Wasserstoff in der Natur nicht in reiner Form vorkommt, muss er erst hergestellt werden. Dieser Prozess muss in den Wirkungsgrad mit eingeschlossen werden. Auch die weitere Nutzung ist sehr vielfältig. Der Wirkungsgrad von Wasserstoff ist deshalb gar nicht so einfach zu bestimmen, sondern es kommt immer drauf an, wie er hergestellt und weiterverwendet wird. Will man ein Kilo Wasserstoff aus Wasser gewinnen, benötigt man neun Kilo Wasser.

Iserlohn – Energiewende

Der Wirkungsgrad von Wasserstoff

Iserlohn – Energiewende

Lohnt sich das Wasserstoffauto?

Setzt man Wasserstoff im Auto ein, ergibt sich ein etwa dreimal so hoher Wirkungsgrad wie zum herkömmlichen Verbrenner. Für eine Autofahrt mit 100 km Entfernung wird etwa ein Kilo Wasserstoff benötigt. Ein Kilo Wasserstoff enthält so viel Energie wie drei Kilo Benzin, was ungefähr 33 kWh entspricht. Ein Kilo Wasserstoff kostet deutschlandweit an den circa 80 Tankstellen einheitlich 9,50 Euro. Das Tankstellennetz wird kontinuierlich, vor allem an den Fernautobahnen, ausgebaut. Daher ist ein Brennstoffzellenauto durchaus in den nächsten Jahren auch für Privatleute interessant.

Iserlohn – wasserstoff

Ist die Brennstoffzellenheizung wirtschaftlich?

In der Wärmeerzeugung lohnen sich Brennstoffzellen vor allem, weil ihr Wirkungsgrad bei etwa 90 Prozent liegt. Übliche Kraftwerke erreichen nur bis zu 40 % Wirkungsgrad. Besonders für Eigenheimbesitzer mit eigener Stromerzeugung ist die Kombination mit einer Brennstoffzelle attraktiv, da sich aufgrund steuerlicher Bedingungen ein finanzieller Vorteil ergibt. Die Brennstoffzellen sind für die Strom- und Wärmeversorgung von Ein- bis Zweifamilienhäusern optimiert und somit wirtschaftlich einsetzbar. Einziges Manko ist, dass die Brennstoffzellen auf grauen Wasserstoff, also in Kombination mit Erdgas, ausgelegt sind.

Iserlohn – wasserstoff

Die Bundesregierung setzt auf die Wasserstofftechnologie

Der Bund sowie einzelne Bundesländer fördern die Wasserstofftechnologie im Rahmen der Wasserstoffstrategie. Gefördert wurde der Ausbau des Tankstellennetzes, die Forschung an der Technologie selbst sowie die Marktdurchdringung. Für Privatleute gibt es im Rahmen des KfW-Programms zur energieeffizienten Sanierung Zuschüsse für Brennstoffzellen-Heizanlagen in Höhe bis zu 34.300 Euro.

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