Energieversorgung der Zukunft

Wasserstoff – eine wichtige Säule der Energiewende

, von Renate Sturm

Prof. Michael Fröba, Diplom-Chemiker und Energieforscher an der Universität Hamburg. FOTO: U. Behnck

Reinbek – »Die Energieversorgung von morgen wird sich gegenüber der heutigen stark verändern. Mit der Energiewende erleben wir gerade einen Wechsel der Energiesysteme. Zurzeit befinden wir uns in einer Übergangsphase von einem kraftstoffbasierten Energiesystem hin zu einem strombasierten Energiesystem«. Mit dieser Information begann Prof. Michael Fröba, Diplom-Chemiker und Energieforscher an der Universität Hamburg, seinen Vortrag vor interessiertem Publikum im bis auf den letzten Platz besetzten großen Sitzungssaal des Reinbeker Rathauses. Die Vortragsveranstaltung fand am 20. November 2019 auf Initiative und Organisation der BUND-Ortsgruppe Reinbek/Wentorf und der Klimaschutzinitiative Sachsenwald statt, unterstützt durch das Klimaschutzmanagement der Stadt Reinbek.

»Die Nutzung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas zur Energiegewinnung wird bis 2050 abnehmen von heute 90 % auf schätzungsweise 50 % zugunsten regenerativer Energien wie z.B. Strom aus hauptsächlich Windkraft, Photovoltaik und Solarthermie«, fuhr Prof. Fröba fort. »Bei der Umstellung unserer Energieversorgung auf erneuerbare Energien werden wir künftig relativ große Mengen an Strom erzeugen. Da sie nicht alle sofort verbraucht werden können, ist die Speicherung von Strom essentiell.«

Energie lässt sich auf viele verschiedene Arten speichern: für kleine Energiemengen ist die Lithium-Ionen-Batterie gut geeignet, für größere Mengen ist z.B. Wasserstoff (H₂) das geeignetere Medium.

»Dabei muss der Aspekt des Klimaschutzes im Hinblick auf die Decarbonisierung bei zukünftigen Überlegungen stets berücksichtigt werden«, so Prof. Fröba. »Wasserstoff sollte deshalb langfristig nicht wie bisher aus Erdgas, sondern mithilfe erneuerbarer Energien (z.B. Strom aus Windkraft) aus Wasser mithilfe der Elektrolyse hergestellt werden, damit das Klimaschutzziel, die CO₂-Emission zu verringern, erreicht wird.« Die Wasserelektrolyse ist ein spezielles Verfahren, bei dem Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Mit ihrer Hilfe lässt sich aus 9 L Wasser 1 kg sehr reiner H₂ herstellen, dieser reicht für eine PKW-Fahrt von 100 km. Der Preis für 1 kg H₂ beträgt € 9,50, ein von der Politik willkürlich festgelegter Preis, die Herstellungskosten betragen nur etwa die Hälfte.

Um die gespeicherte Energie aus dem Wasserstoff wieder nutzen zu können, wird die Brennstoffzelle eingesetzt. Sie ist im Prinzip der Umkehrprozess der Elektrolyse: aus Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wasser, Strom und Wärme. »Aber keine Sorge, der Ablauf ist anders als bei der bekannten Knallgasreaktion«, beruhigte Prof. Fröba die Zuhörer. Ohnehin läge für den Umgang mit brennbaren und explosiven Gasen und Flüssigkeiten genügend Erfahrung vor, man denke nur an Erdgas oder Benzin. Der Transport von Wasserstoff kann im LKW entweder als Gas unter Druck oder als tiefgekühlte Flüssigkeit erfolgen. Für die Lagerung von Wasserstoff bieten sich künstlich geschaffene Hohlräume in Salzstöcken an (Salzkavernen), wie sie in den USA schon seit längerem im Einsatz sind.

Ein anderes, häufig eingesetztes Strom-Speichermedium, auch im Bereich der Elektromobilität, ist die Lithium-Ionen-Batterie, die sich zur Speicherung kleinerer Energiemengen eignet. Unter anderem wegen des verwendeten Cobalts ist diese Batterie allerdings relativ schwer. Leider kann man sie nicht beliebig groß machen, sodass ihre Kapazität nur für kürzere Streckenfahrten reicht. Ein weiterer Nachteil der Lithium-Batterie ist die Rohstoffproblematik. Einige Elemente wie Indium, Germanium und Gallium werden in ca. 50 Jahren nicht mehr zur Verfügung stehen. Auch Lithium und Cobalt stehen schon auf der roten Liste. Aktuell wird gerade an der Entwicklung von Lithium-Schwefel- und Metall-Luft-Batterien, die deutlich größere Kapazitäten aufweisen könnten, geforscht.

Für unsere Mobilität sind sowohl Batterie-basierte PKW, als auch Brennstoffzellen-basierte Modelle am Markt verfügbar. Ein Batterie-betriebenes Auto hat nach einer Ladedauer von einer halben Stunde an der Schnellladesäule (bzw. bis zu 14 Stunden an der Haushaltssteckdose) eine Reichweite von ca. 300 km, ein Brennstoffzellen-Auto dagegen hat nach einer Betankungsdauer von 3-5 min an der Wasserstoffzapfsäule eine Reichweite von ca. 500 km. Das Wasserstofftankstellennetz in Deutschland ist allerdings erst im Aufbau. »Zukünftig wird es für verschiedene Anwendungsbereiche unterschiedliche Antriebe geben«, so die Prognose von Prof. Fröba. »Für die Mobilität werden Batterien für die Kurzstrecke und Brennstoffzellen für die Langstrecke sowie für den Schwertransport parallel benötigt.«

In seinem Vortrag zeigte Prof. Fröba Vor- und Nachteile sowie Grenzen unterschiedlicher Energiesysteme und Antriebsarten der Mobilität auf und machte deutlich, dass Wasserstoff ein idealer Energieträger ist. Leider hat die deutsche Automobilindustrie die Vorteile bisher ignoriert. In asiatischen Ländern ist man da schon sehr viel weiter. Schätzungsweise in zwei Jahren wird man auch bei uns vermehrt mit Wasserstoff betriebene Autos kaufen können. Ausführliche und zahlreiche Fragen und Diskussionsbeiträge aus dem sehr interessierten und teilweise fachlich gut informierten Publikum trugen zu einer rundum gelungenen Veranstaltung bei.

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