Alle sind für Wasserstoff. Greenpeace Energy erhofft sich die lokale Vollversorgung aus erneuerbaren Energien. Gasgrid Europe will sein Geschäftsmodell weiterführen und Siemens Elektrolyseure verkaufen. Und die Bundesregierung? Sie promotet ihre Wasserstoffstrategie. Die politische Logik: Wir nutzen die bestehende Erdgasinfrastruktur weiter und tun etwas für Maschinenbau und Komponentenhersteller. Und wenn wir erneuerbare Energien gasförmig aus Nordafrika importieren, gibt es weniger Ärger mit Windkraftgegnern in Deutschland. Mit all diesen Argumenten ist stark zu vermuten, dass der aktuelle Wasserstoffboom gekommen ist, um zu bleiben.
Ein bisschen mehr als die letzte Meile der Energiewende
Bisher galt oft, dass Wasserstoff vor allem auf den letzten Metern der Energiewende benötigt wird, als Beitrag zur Dekarbonisierung, nachdem die sogenannten low-hanging fruits geerntet wurden. Die Wasserelektrolyse zur Herstellung des geruchslosen Gases unter Einsatz von Strom (aus erneuerbaren Energien) und Wasser galt lange als zu teuer und ineffizient – und von daher als zweitbeste Lösung, wenn eine direkte Elektrifizierung nicht reicht. Die Debatte hat sich jedoch weiterentwickelt: Es scheint mittlerweile realitätsfern, erst bis 2050 eine Volkswirtschaft ohne Treibhausgasemissionen anzustreben. Wenn wir weitermachen wie bisher, haben wir bis 2030 unser CO2-Budget mit Blick auf das 1,5-Grad-Ziel des Pariser Abkommens verbraucht. Die letzte Meile der Energiewende muss also näher rücken.
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Wie kann man Wasserstoff fördern?
Vor allem fehlt es derzeit an relevanter Nachfrage nach grünem Wasserstoff, um Skalenerträge zu erzielen sowie Wirkungsgrad und Materialeinsatz zu optimieren. Hinzu kommt: das fossile Erdgas ist viel zu billig. Hier wird sukzessive die Einführung der CO2-Bepreisung für alle Energiesektoren ab 2021 helfen. Um den Wettbewerbsnachteil der grünen Gase weiter abzufedern, könnte darüber hinaus Strom, der für die Wasserelektrolyse verwandt wird, von sämtlichen Steuern und Umlagen befreit werden. Weitere Ansatzpunkte zur Markteinführung sind Quotenvorgaben für die Verwendung von grünem Wasserstoff, zum Beispiel in der Industrie oder der Gaswirtschaft. Eins ist jedoch klar: der Umstieg auf eine Wasserstoffwirtschaft wird Kosten verursachen.
Blauen Wasserstoff zerstören
Keinen Sinn macht es jedoch, eine zusätzliche Nachfrage nach Wasserstoff zu generieren, und diese durch konventionell hergestellten Wasserstoff zu decken. Das gängigste Verfahren ist die Dampfreformation von Erdgas. In dem Prozess entsteht in erheblichem Umfang CO2, genauso viel wie die Verbrennung des eingesetzten Erdgases emittieren würde. Um nun einigermaßen in den aktuellen klimapolitischen Kurs zu passen, wird die Abscheidung und unterirdische Lagerung der CO2-Emissionen der Dampfreformierung diskutiert – unter dem Label „blauer Wasserstoff“ könnten wir weitermachen wie bisher.
Abgesehen von den erheblichen Bedenken bei der unterirdischen Einlagerung von CO2, die an die ungelöste Endlagerdebatte der Kernenergie erinnern: Der energetische Wirkungsgrad von 70 Prozent des eingesetzten Erdgases bei der Reformation zu Wasserstoff steht nicht gerade für einen ressourcenschonenden Umgang mit fossilen Energieträgern. Dann ist es besser, wenn Schiffsmotoren auf LNG, also verflüssigtes Erdgas umgestellt werden und den fossilen Brennstoff direkt verfeuern – vielleicht mit steigenden Beimischungen von grünem Wasserstoff, der aus Photovoltaik- und Windstrom hergestellt wird. Dann entfallen die Umwandlungsverluste und Klimawirkungen der Dampfreformation. Kurz: blauer Wasserstoff hilft uns nicht weiter beim Klimawandel.
Industrie dekarbonisieren
Warum machen wir den bisherigen Wasserstoffbedarf in der Industrie nicht erst einmal grün? Das wäre ein relevanter erste Schritt. In Deutschland werden auf Grundlage der Daten des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbands jährlich rund 1,7 Millionen Tonnen Wasserstoff erzeugt. Gut die Hälfte davon fällt als Nebenprodukt bei Produktionsprozessen an, z.B. in der Petrochemie. Die darüber hinaus gehende Nachfrage nach Wasserstoff wird überwiegend durch Dampfreformation von Erdgas gedeckt. Die CO2-Emissionen liegen dabei um den Faktor 10 höher, betragen also 1,6 Millionen Tonnen CO2, das entspricht knapp 2 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen Deutschlands. 85 Prozent des aktuellen Wasserstoffverbrauchs geht auf Raffinerien (40 Prozent) und die chemische Industrie zurück, darunter vor allem die Ammoniaksynthese etwa zur Düngemittelherstellung (25 Prozent) und die Methanolherstellung (20 Prozent).
Ein klimapolitisch viel wichtigerer Hebel ergibt sich jedoch aus neuen Anwendungen bei der Stahlproduktion, die rund 6 Prozent der deutschen CO2-Emissionen ausmacht. Bei der Umstellung von Hochofenprozessen auf Direktreduktionsanlagen mit grünem Wasserstoff können rund 97 Prozent der CO2-Emissionen eingespart werden. Statt 1,71 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl fallen dann nur noch 0,05 Tonnen CO2 an. Große Stahlhersteller wir Arcelor Mittal, Thyssenkrupp und Salzgitter Flachstahl forschen an Methoden, einen Teil des im Hochofen als Reduktionsmittel eingesetzten Kohlenstaubes durch das Einblasen von Wasserstoff zu ersetzen.
Ins Erdgasnetz beimischen
Ein weiterer vielversprechender Pfad ist die Beimischung von grünem Wasserstoff ins Erdgasnetz, um zur Dekarbonisierung der Gasversorgung beizutragen. Die Debatte darüber erinnert ein bisschen an die Anteile von Photovoltaik und Windkraft im Stromnetz – die heutige Aufnahmefähigkeit fluktuierender Energien war früher undenkbar für Netzexperten. Ähnlich scheint die Debatte um die Beimischung von Wasserstoff zum Erdgas zu laufen. Galten vor einigen Jahren noch 2 Prozent als Obergrenze, liegt sie nun bei 10 Prozent, und die Erhöhung auf 20 Prozent wird vom Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) vorbereitet. Neben dem steigenden Anteil an Wasserstoff auf Gasverteilnetzebene könnten auch Inseln entstehen, in denen die Erdgasversorgung komplett auf Wasserstoff umgestellt wird, beispielsweise bei Gasfernleitungen oder industriellen Großabnehmern.
Man darf aber nicht vergessen: Die Produktionskosten von grünem Wasserstoff liegen pro Kilowattstunde selbst unter günstigsten Voraussetzungen derzeit noch etwa beim Drei- bis Vierfachen des Erdgases: für die Onsite-Produktion von grünem Wasserstoff in der chilenische Atacamawüste liegen die Produktionskosten bei rund 0,11 US Dollar pro Kilowattstunde, bei einem typischen LNG-Importpreis von 0,03 US-Dollar in Chile. Auch die Beimischung von Wasserstoff ins Erdgasnetz wäre also eine politische Entscheidung, und bislang keine wirtschaftliche. Das kennen wir ja: die Photovoltaik war auch lange zu teuer – und ist jetzt die billigste Art, Strom zu erzeugen.
Schiffe und Flugzeuge auf Wasserstoff
Aus industriepolitischer Perspektive wird auch immer noch das Wasserstoffauto propagiert. Das ist aber too little, too late. Die batteriebetriebene Elektromobilität fährt voraus, und für LKW sind Oberleitungen die effizientere Lösung. Nur ein kurzer Blick auf die Wirkungsgrade zeigt, dass batteriegetriebene Elektroautos auf insgesamt 69 Prozent Gesamtwirkungsgrad von der Stromerzeugungsanlage bis zum Antrieb kommen, und Brennstoffzellenautos nur auf 26% (s. Grafik). Wasserstoff wird vor allem dort ins Spiel kommen, wo es bisher noch keine richtigen Ansätze zur Dekarbonisierung gibt – etwa beim Schiffs- und Flugverkehr, die zusammen schätzungsweise zwischen 6 bis 7 Prozent der Emissionen Deutschlands ausmachen. Dort sind die Lithiumbatterien einfach zu schwer, ein Kilo wird für die Speicherung von 0,3 Kilowattstunden benötigt – beim Wasserstoff beträgt der Energiegehalt 33,3 Kilowattstunden pro Kilo.
Im Schiffsverkehr wird der Einsatz von Brennstoffzellen bei mittleren Strecken ab rund 100 Kilometer erprobt, etwa im Rahmen des EU-Projektes „Hyseas III“. Die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen für den Flugverkehr wird am Flughafen Den Haag geplant. Über eine Fischer-Tropsch-Synthese soll dort aus CO2 und Wasserstoff ein roher flüssiger Kraftstoff hergestellt werden, der dann veredelt wird. Das Fischer-Tropsch-Verfahren ist eine relativ alte Technologie, die bereits in größerem Umfang zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe aus Kohle eingesetzt wurde. Die Synthese von Wasserstoff zu synthetischem Benzin hat einen Wirkungsgrad von 80 Prozent und kostet rund 5 Eurocent pro Kilowattstunde Energiegehalt. Das ist der Nachteil an der vielseitigen Nutz- und Weiterverarbeitbarkeit des Wasserstoffs: Jeder Umwandlungsschritt kostet Energie und Geld.
Wir müssen importieren
Der Erfolg von Photovoltaik und Windkraft im Stromsektor bewirkt, dass sie nun auch die Dekarbonisierung von Wärme- und Verkehrssektor erledigen sollen. Lag die Bruttostromerzeugung im Jahr 2019 in Deutschland bei rund 606 Terawattstunden, gehen aktuelle Sektorenkopplungsstudien von einem zukünftigen Stromverbrauch zwischen 1.400 bis 1.600 Terrawattstunden aus – bei einer weitestgehenden Dekarbonisierung der Energieversorgung.
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Die aktuelle Ausgabe des pv magazine Deutschland mit Schwerpunkt Wasserstoff enthält unter anderem weitere Informationen zu Wasserstofferzeugung, zur nationalen Wasserstoffstrategie und zu Energieszenarien, die zeigen, wie viel Wasserstoff hierzulande erneuerbar erzeugt werden kann. Außerdem finden Sie darin die Marktüberischt Großspeicher.
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Trotz des enormen technischen Potenzials für einen weiteren Photovoltaik- und Windkraftzubau: Die Widerstände der betroffenen Anwohner wachsen in Deutschland. Es ist schwer vorstellbar, dass wir die vollständige Energieversorgung aus heimischen Erneuerbaren-Quellen decken können. Laut einer Studie der Reiner Lemoine Stiftung wären dafür rund 500 Gigawatt Photovoltaik-Kapazität und 200 Gigawatt Windkraftkapazität vonnöten. Also eine Verzehnfachung bei der Photovoltaik und eine Vervierfachung der Windkraft – mit derzeitigen Technologien ist das gesellschaftlich schwer machbar.
Deutschland wird also auch weiterhin auf Energieimporte angewiesen sein. Es macht schon die Rede von einem Gas-Desertec die Runde – Nordafrika, Chile, Australien und Co. machen sich bereit für ihre zukünftige Rolle als Exporteure grüner Gase. Die Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) führt im Auftrag des Bundesumweltministeriums schon Pilotprojekte in Chile, Marokko, Südafrika und Brasilien durch. In Chile hat die GIZ beispielsweise durch Konferenzen und Publikationen die Aufmerksamkeit geschaffen, auf deren Grundlage aktuell die Wasserstoffstrategie des Landes erarbeitet wird. Aktuell wird an der Einrichtung eines Power-to-X-Sekretariats der Bundesregierung zur Förderung der internationalen Zusammenarbeit im Wasserstoffbereich gearbeitet. Deutschland positioniert sich also bei den potenziellen Lieferländern einer Wasserstoffwirtschaft.
Herkunftsnachweise und Nachhaltigkeit
Damit der Segen des Sonnen- und Windreichtums aber nicht zu einem Fluch des synthetischen Öls wird, müssen Nachhaltigkeitskriterien von Anfang an im Zentrum stehen. Dies betrifft vor allem die Zertifizierung von grünem Wasserstoff über Herkunftsnachweise. Aber auch die Raumplanung in den Herkunftsländern zur Errichtung der Wind- und Solarparks, der Elektrolyseure und der Transportinfrastruktur sollte die verschiedenen Interessen- und Nutzungskonkurrenzen abwägen. Vor allem aber sind die Beteiligungsmöglichkeiten von Staat, Gesellschaft und Wirtschaft in den Herkunftsländern fair zu verhandeln. Wir haben die einmalige Chance, den Handel eines Energieträgers neu aufzusetzen. Dies sollten wir nutzen, damit der Wasserstoff nicht nur grün, sondern auch fair ist und verlässlich geliefert werden wird.
Und man sollte sich auch nicht vormachen, dass die Wasserstoffwirtschaft eine Alternative zu einer schnellen und konsequenten Energiewende in Deutschland ist. Der Bedarf an Solar- und Windstrom ist und bleibt riesig. Aus Kosten- und Effizienzgründen wird die direkte Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen der zentrale Pfeiler unseres Energiesystems werden. Alles, was wir nicht vor Ort erzeugen können, werden wir importieren müssen – zu höheren Kosten und mit enormen Umwandlungsverlusten.
Ähnlich wie bei der Einführung von Photovoltaik und Windkraft sind es politische Entscheidungen, mit welchen die Pfade der weiteren Energiewende vorgegeben werden. Nutzen wir den Wasserstoffboom, um die richtigen Allianzen für die weitestgehende Dekarbonisierung unserer Energieversorgung zu schmieden. Denn es reicht nicht, wenn wir uns Zeit nehmen bis in die 2040er. Die 2020er Jahre sollten für die Wasserstoffwirtschaft das werden, was die 1990er und die 2000er für die Photovoltaik waren: Die Jahre des Durchbruchs – und zwar mit Solar- und Windenergie, nicht gegen.
— Der Autor Stephan Franz ist als freier Berater in Berlin tätig. Er erstellt seit 2007 Marktanalysen in den Bereichen erneuerbare Energien und dezentrale Energiesysteme. www.burof.de —
Die Blogbeiträge und Kommentare auf www.pv-magazine.de geben nicht zwangsläufig die Meinung und Haltung der Redaktion und der pv magazine group wieder. Unsere Webseite ist eine offene Plattform für den Austausch der Industrie und Politik. Wenn Sie auch in eigenen Beiträgen Kommentare einreichen wollen, schreiben Sie bitte an redaktion(at)pv-magazine.com.
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Einige Anmerkungen zum Artikel:
Zitat:
„Also eine Verzehnfachung bei der Photovoltaik und eine Vervierfachung der Windkraft – mit derzeitigen Technologien ist das gesellschaftlich schwer machbar.“
Ist es meiner Meinung nach nicht! Platz für PV Freiflächen- und insbesondere Dachanlagen (=ansonsten ungenutzte Fläche) ist ausreichend vorhanden. Man muss sie nur mit PV belegen.
Laut Prof. Quaschning werden ca. 2% der Landesfläche für WKA benötigt (200GW). Ja, die wird man sehen. Aber was ist die Alternative? Weiter die Luft verpesten und das Klima nachhaltig zum Schaden kommender Generationen zu verändern ist es sicher nicht.
Und mache wir uns nichts vor, Widerstände gibt es immer, die hat es auch beim Bau von Garzweiler I und II gegeben. Gebaut worden sind sie dennoch. Hier handelt in Deutschland doch eh jeder nach dem Skt. Florians Prinzip „wasch mich, aber mach mich nicht nass“.
Daran sieht man, dass es ginge, wenn nur der politische Wille da ist, was aber aktuell leider nicht der Fall ist.
Zitat:
„Deutschland wird also auch weiterhin auf Energieimporte angewiesen sein.“
Warum (siehe oben)?
Pauschale Aussagen setzen sich in den Köpfen schnell fest und werden allzu oft benutzt, um nicht das machen zu müssen, was machbar und bezahlbar wäre. Wir versuchen ja nichmal ernsthaft komplett auf EE umzusteigen, was der fossilen Lobby und unseren Marionetten im BMWi geschuldet ist.
Zitat:
„Warum machen wir den bisherigen Wasserstoffbedarf in der Industrie nicht erst einmal grün? “
Sie haben es selber geschrieben, die ineffiziente und teure Umwandlung von Strom zu H2 zu Strom ist nur dann wirtschaftlich und sinnvoll darstellbar, wenn die EE Überschüsse in dem Maße erzeugen, dass sie erstens nicht direkt verbraucht werden können, und zweitens eine entsprechnde Größenordnung erreichen, dass Elektrolyseanlagen eine adäquate Auslastung erreichen. Also muss der EE Ausbau vor der H2 Erzeugung und Speicherung stehen.
Der erneuerbare Strom sollte im Hinblick auf die Wirksamkeit der Maßnahmen gegen den Klimawandel zuerst dort eingesetzt werden, wo er die größte Wirkung entfaltet. Also für den direkten Strombedarf, dann für den Wärmesektor, dann für den Verkehr.
Können sie gerne der Bundespressekonferenz der Scientists for future aus dem Frühjahr 2019 entnehmen (https://www.youtube.com/watch?v=OAoPkVfeTo0)
Sie haben Recht, dass vielfach vermeintlich bekanntes Wissen wiedergegeben wird ohne es zu Hinterfragen. Natürlich könnten wir problemlos völlig Autark unsere komplette Energie erzeugen (per PV am billigsten 4-6 Cent/KWh mit Langfristziel 2 Cent/KWh) und mittels Wasserstoff (1,5-2 Cent/KWh ohne Stromkosten) im Gasnetz verteilen. Ein H2-Gasnetz (1-2 Cent/KWh) wäre auch viel billiger und sicherer als ein Stromnetz (7-8 Cent/KWh). Ob man dann aber nicht besser grünes H2 aus Sonnenländern dazukauft ist nur eine Frage des Einkaufpreises je KWh (inkl. Transport). Hauptsache wir sind nicht erpressbar wie beim Öl, welches wir nicht selber produzieren können.
Zur Behauptung, dass H2-PKW (FCEV) Energieverschwendung wäre, hier mein Text aus einem Forum für E-Autos, wo immer behauptet wird wir bräuchten 3 mal soviel Energie wie bei Akku-PKW (BEV):
„In einer umfangreichen Studie von Agora Energiewende mit Fassung 3/2018 kommt ein BEV zu einem Wirkungsgrad von 69% und ein FCEV zu 26% (Faktor 2,8). Die geht aber von 70% el. Wirkungsgrad des Elektrolyseurs aus und berücksichtigt die Wärmenutzung nicht. Geht man aber von derzeit machbaren 85% el. Wirkungsgrad aus. Kommt man schon auf 32% statt 26% (Faktor 2,2). Berücksichtigt man noch die Wärmenutzungsmöglichkeit von 5-10% durch Sektorenkopplung und berücksichtigt man noch die Wärmenutzung im Fahrzeug (Winter), dann kommt man nur noch auf 40-50% Mehrverbrauch an Energie. Berücksichtigt man dann noch den Energieverbrauch bei der Herstellung (Akku vs. Brennstoffzelle), dann hat sich das Thema Energieverschwendung in Luft aufgelöst. Sie sehen man muss in Gesamtzusammenhängen denken und bewerten.“
Sie haben auch Recht, dass erst aller Strom direkt verwertet werden sollte. Ich bin aber der Meinung, dass wir parallel anfangen sollten eine „echte“ Wasserstoffwirtschaft aufzubauen, mit dem Ziel vielleicht eines Tages auf das hochkomplexe Stromnetz verzichten zu können.
@Hr. Scherer,
die prinzipielle notwendigkeit einer Speicherung, sobald die EE mal anfangen Überschüsse zu produzieren, sehe ich natürlich auch als notwendig an. Beim Wasserstoff ist die Einfachheit der Reaktionsgleichung und die dadurch mögliche Kreislaufwirtschaft ja zunächst bestechend einfach. Aus Strom mach mit Wasser O2 und H2, dann mit diesen in einer Brennstoffzelle wieder Strom und Wärme + Wasser. Sehr simpel!
Was die Meisten jedoch übersehen ist, dass Wasserstoff zwar einen hohen Energieinhalt pro Masse aufweist, aber als Gas eben ein großes Volumen besitzt, also eine geringe Energiedichte. Dazu ist es das kleinste bekannte Molekül, dass durch die meisten Werkstoffe mit der Zeit durch diffundiert. Daher ist es für den ausschliesslichen Einsatz in unseren bestehenden Erdgasleitungen nicht geeignet, höchstens als Beimischung. Die Stahlleitungen verspröden durch die Wasserstoffdiffusion. Speicherung unter Druck oder als Flüssigkeit, um die Energiedichte zu erhöhen, bedingt weitere Verluste + Aufwände (Kompression, Kühlung + Isolation).
Rückverstromung:
Sie sagen, man betrachte die Wärmenutzung ja nicht, weshalb die verluste eigentlich geringer seien. Hierzu meine ich, klares Jein.
Es kommt doch darauf an, bei welcher Temperatur die Wärme anfällt, ob sie dann auch sinnvoll genutzt werden kann. Bei typischen Niedertemperaturbrennstoffzellen (PEM) liegt das Abgas der Zelle ca. bei 70°C. Bei einer SOFC (Solid oxid fuel cell) sähe das schon ganz anders aus, da liegt die Betriebstemperatur bei mehreren 100°C. Da ist dann auch eine Wärmenutzung durchaus möglich.
Die SOFC ist aber erheblich aufwändiger im Betrieb, als eine PEM (letztere kann man tatsächlich heute schon serienmäßig als tragbare oder stationäre Version kaufen).
Was die Herstellung Akku vs. Brennstoffzelle angeht, bitte die letzte nicht unterschätzen! Diese Dinger sind sehr komplexe verfahrenstechnische Geräte, die hohe Anforderungen an Material, Steuerung und auch Rohstoffe stellt. Es kommen bei einer PEM teure Platin/Ruthenium Katalysatoren zum Einsatz, die Protonen Austausch Membran wird z.b. von Dupont (oder Asahi Glass) mittels übelster Fluor-Chemie (Flußsäure) hergestellt, usw.. Dabei wird auch gerne unerwähnt gelassen, dass eine PEM ebenfalls ein Hybridsystem ist, d.h. es wird auch hier ein -wenn auch kleinerer- Akku benötigt, damit die Brenngase via Lüfter überhaupt erst durch den Stack an die Reaktionszonen gelangen und die Zellen durchströmen können… also für den Anfahrvorgang.
Also so einfach, wie es skich anhört, wenn man immer von Wasserstoffwirtschaft spricht, ist das ganze Thema nicht.
Von Explosionschutz (ATEX) hab ich noch gar nicht angefangen…
Daher wäre ich letztendlich sogar dafür, noch einen verlustbehafteten Schritt hinzu zu fügen, nämlich die Umwandlung des mit EE Überschussstrom erzeugten Wasserstoffs in in Methan. Der ist ungefährlicher, die Infrastruktur existiert bereits und kann dann auch nötigenfalls klimaneutral einfach verfeuert werden (Wärme).
Einfach ist nichts in der Energiewirtschaft, höchstens einfacher als anderes. Unser derzeitiges Stromsystem ist hochkomplex und dazu auch noch leicht angreifbar. Stellen Sie sich mal die Folgen eines Blackouts durch einen Cyberangriff vor. Zum Thema Wärmenutzung wäre zu sagen, dass wir bei der Elektrolyse Wärme nutzen können und bei der Brennstoffzelle sogar nutzen müssen, um einen hohen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen. Da aber bisher mehr Wärme als Strom über die Sektoren hinweg benötigt wird, muss man halt Kraftwärmekopplung betreiben. Geht man wärmegeführt vor, hat man Stromüberschuss, den man auch wieder zu Wärme wandeln kann. Bei H2 ist es wie beim Strom, am besten erst einmal die Direktnutzung bevorzugen. Meine Überlegungen gehen immer vom gewünschten 2050er Endzustand 100%-EE-System aus.
In einer Wasserstoffwirtschaft ist der Nutzungsfall PKW der ungünstigste (und trotzdem keine Energieverschwendung), da nur ein kleiner Teil der Wärme genutzt werden kann. Im Heizkeller ist es umgekehrt, aber einfacher, da zuviel Strom nie ein Problem ist, sondern zu Optimierungen führen wird.
Außerdem könnte man im Heizkeller größeren Wert auf niedrige Kosten der FC, als auf hohen elektr. Wirkungsgrad legen. Der momentane Weg aus Erdgas im Heizkeller H2 zu machen ist auf Dauer nicht sinnvoll. Ersten nicht CO2-frei und zweitens zu teuer. Bei Industrieprozessen ist dagegen SOFC eher gefragt, da kann man hohe Temperaturen gebrauchen. Bei der Stahlproduktion ist H2 direkt verwertbar und sollte entsprechend genutzt werden.
Übrigens benötigen die derzeitigen PKW alle genau soviel Platin für die Katalysatoren, wie zukünftige FCEV für die PEM-FC. Ich bin übrigens kein Akkugegner, ganz im Gegenteil. Ich gehe davon aus, dass langfristig Klein- und Mittelklassefahrzeuge reine BEV sein werden und nur große Fahrzeuge FCEV.
Für mich ist das perfekte Langstreckenfahrzeug ein Hybrid-BEV mit 150-200km-Akku (für die Normalstrecken) mit 3-4 kg H2-Tank für den FC-Range-Extender mit einer Leistung von 30-40 KW für das dauerhafte Nachladen der Akku auf Langstrecke. Da hält man den Rohstoffverbrauch beider Teile möglichst niedrig.
Was die Gasleitungen anbelangt, ist das bereits eine erprobte Technik. In Europa existieren schon heute insgesamt 1.600 km Wasserstoffleitungsnetze. Die älteste von 1938 ist noch in Betrieb. Die Erdgasnetze lassen sich mit überschaubarem Aufwand umbauen. Bis das Ganze vorwärtskommt, kann man bis 10% H2 in Erdgasnetze einspeisen. Das sind enorme Mengen. Ein interessanter Link dazu: https://www.mannesmann-linepipe.com/fileadmin/footage/MEDIA/gesellschaften/smlp/Documents/Transport_von_gasfoermigem_Wasserstoff_via_Pipelines.pdf
Übrigens sind FCEV nicht gefährlich in Bezug auf Explosionen, deswegen dürfen die problemlos in Tiefgaragen parken. Die Drucktanks sind sogar schusssicher und wenn H2 entweicht entsteht kein Knallgas. Dazu bedarf es nämlich sehr besonderer Umgebungsbedigungen. Wasserstoff ist ein sehr flüchtiges Gas mit geringer Dichte, das sich im Freien sehr schnell verflüchtigt. Benzin explodiert viel eher als Wasserstoff. Das ist inzwischen allgemein bekannt.
Ich bin überzeugt, dass eine echte Wasserstoffwirtschaft langfristig kommen wird, da günstiger und sicherer als das derzeitige System.
Vieles von dem was gechrieben wird sind fiktionen und trifft denn nur zu wenn bestimte Voraussetungen zutreffen die nicht gegeben sind. Das macht Argumentationen bisweilen schwierig.
Schon die Frage was CO2 frei ist, ist eine diskussion wert, ich führe sie gerade in Bezug auf Holz als Brennstoff! Gilt als CO2 frei und wenn man misst ist Holz pro kWh Wärme der übelste aller Brennstoffe.. Aber dieses CO2 wird verstenden als eines das einfähnchen mitführt und das sofort als grün erkannt wird, den n es stammt aus der Luft! OK man billanziert. Wenn man aber statt dessen das Holz Altpapier und Grünschitt in die Braunkohegrube kippt entnmmt man dem System kohlenstoff, und „wäscht“ nicht nur Holz sondern jeden anderen Brennstoff bilanziell sauber!
Mit anderen Worten man muss bei vielen Argumentationen aufpassen! Ich sehe das auch bei der Wärme kraft kopplung, am besten mit regenerativen brennstoffen also Palmöl… super umweltfreundlich mit gerechnet negativen CO2 emissionen. Stecke ich die Katze des diskusionspartners in den Auspufftopf verreckt das Tier, kein Sauerstoff in der Luft nur Wasserdampf und CO2…. dem Tierfreund ist das Rechenergebnis völlig ergal wenn er seine Katze retten kann!
Also beginnen wir zu überlegen wo liegt das Problem ? das problem ist nicht „Energie“ es ist CO2.. „energie kenn es ncith sein Energie geht ja nicht verloren erster Hauptsatz direkutiere ich nicht! Was verloren geht ist die arbeitsfähigkeit die „Exergie“ ds sit ein hilfsbegriff der sich über den zweiten hauptsatz herleiten lösst und anscheulicher ist als der begriff der Entropie. letzterer ist jedoch universeller einsetzbar. Erste Erkenntis jeder Prozess egal welcher egal welcher Teilprozess egal wo Sie hinsehen, stets nimmt die Etropie zu, und in den Begrriffen Energie Anergie und Exergie gedacht nimmt die Anergie zu und die Exergie ab. Nun sind die Gesetzmäßigkeiten des ersten und des zweiten Hauptsatzes unterschiedlich und folglich kommt es oft zu großem Durcheinander.
Bei Strom ist ds so eine Sache! der Exergieverlust entsteht im Dempferzeuger eines konventionellen kraftwerkes, natprlich auch an jeder anderen stelle aber hier ist der zentrale Punkt. um bessere keraftwerke zu bauen muss man die temperatur des Dampfes erhöhen, also andere Stähle, das desaster ist bekannt! Datteln geht jetzt erst ans Netz, und ersetzt andere Kohlekraftweke mit schlechterem „Wirkungsgrad“ Energetisch hingegen ist der Kühlturm das teil das Energie ande umwelt abgibt, Energie die nicht genutzt werden kann…..
Doch man muss sagen der laie siht den Kühlturm redet von verlust und verlagt Wärme kraft kopplung um die energie zu nutzen, Fernheizleitungen u.s.w. also richtig viel geld wir da eingesetzt und das ergebnis ist dass aufgeund der erforderlichen temperaturen des ferheiznetzes die stromausbeute des kraftwerkes sinkt grund ist der zweite Hauptsatz… nun ist also die „Eenergieausbeute“ natürlich viel höher! das wird auc teuer gefördert und teuer verkauft und wir sind alle stolz auf diese Technik
Wenn da nicht jemand nachrechnet und sagt der Stromverlust ist so groß das man demit bequem Niedertemperaturwärmepumpen betreiben kann und besser auf die Kraft Wärme Kopplung verzichten sollte. COP 4-5 ist machbar… Es ist nicht sehr sinnvoll Exergie verittels heißwasser zu trensportieren, lieber und viel effizienter vermittels strom in bestehnden Netzen… Anergie hingegen, also WEärme auf dem temperaturniveau der umgebung muss man bei den hier zur Diskussion stehenden Größenordngen nicht von weit her beschaffen. Wenn man ein nicht wärmegedämmtes auf die Bedürfnisse der Wärmepumpe ausgelegtes „Kaltwassernetz“ aufbaut, kann man auch gleich auf die Verbindung zum Kraftwerk verzichten und arbeitet billiger.
Dieses gedankenspiel ist nochnicht zu ende! denn das wärmegeführte kraftwerk muss auch bei windüberschuss arbeiten, weil die leute nicht frieren wollen, haben die leute eine wärmepumpe ist es ihnen egal woher der strom kommt Wind und PV Strom werden wenn vorhanden eingesetzt. Damit steht der Wärme ein CO2 reduzierter „Strommix“ entgegen, was die bilanziellen Gesamtemissionen über das Jahr reduziert…. sofort klar dass Waserstoff hier schlchter abschneidet als die Stromwiderstandsheizung und völlig abwegig ist.
Bricht man die Kraft Wärme Kopplung auf müssen die Gebäude auch nicht hahe beim Kraftwerk stehen; Strom trensportiert sich einfacher! und ein Gasnetz erübrigt sich..
Auf den brennstoff bezigen macht es sinn ein GUD kraftwerk z bauen das gas zu verfeuern und den Strom in die Haushalte zu leiten um Wärmepumpen anzutreiben. Like to Like bedeutet das gleiche Wärmemenge im Haus , natürlich bei niedrigst möglichen Vorlauftempperaturen braucht man weniger als die Hälfte an Gas…
Mit anderen Worten hier sollte es zu einem zusätzlichen markt für strom kommen, der ist aber ger nicht mal so groß weil Objekte mit extrem gerigen vorlauftemperaturen typisch Neubauten sind und die haben ohnehin einen geringen Wärmebedarf…
Wir werden hoffentlich im rahmen der „energiewende“ verstehen dass stromnutzung weit weniger kritisch ist als bisher unter umweltschützern vertreten wurde und dass wir mehr Strom nutzen werden und dadurch „grüner“ werden. das geht nicht in allen Fällen aber in vielen Fällen.
wenn mechanisch Energie stationär benötigt wird, „aufzug“ umwälzpumpen u.s.w. finden wir heute eigentloich nirgends mehr eine Alternative, und so wird es bleiben!
Strom hat dne Nachteil in mobilen Anwendungen ein Kabel zu benötigen …. das merkt man schon beim Rasenmäher! man hat Lösungen! bei derbahn hat man Oberleitungen, hat sich durchgesetzt, bei der Straßenbahn ebenfalls, aber beim Bus hat sich das nicht durchgesetzt!
Was kann man tun? einfach! man kann den Strom im Fahrzeug erzeugen, kennen wir bei Schiffen auch bei PKW… und man kann mit einer kleinen batterie operieren, das hat dne Vorteil dass uingünstige Lastbereiche des motors vermieden werden… nun kann man die batterie größer wählen und stationär aufladen…. kennen wir beim PKW. Aber warum nicht beim Bus der einfach an jeder haltestelle en weing nachlädt und ohne oberleitung elektrisch fährt. Wenn etwas nicht klappt startet er den generator der denn gleichmäßig Strom liefert für dnen Fahrmotor der ungelichmäßig Strom benötigt.
Selbes Konzept bei der Bahn es reicht eine Teilelektrifizierung der Strecke um voll elektrisch zu fahen Gleiches Konzept beim LKW—– E highway. es reicht 50 % der Autobahnkilometer zu elektrifizieren um 100 % elektrisch zu fahren… auch ein stück weit von der autobahn weg. Wenn man weiter fahren will reicht ein vergleichsweise kleiner Stromerzeuger der nicht auf die zum fahren maximnale Leistung ausgelegt sein muss.. konzeptinell aber nur möglich, wenn die Stromversorgung „steht“ .
Zusammenfassend über strom lässt sich bei guten wirkungsgraden viel erreichen, man muss sich zuerst um den ausbau von Grünstrom kümmern, und dann wenn der anteil vonm grünstrom hoch ist in ide oben genannten Bereiche schwenken.
Ziemlich über sieht es momentan bie den elektrofahrzeugen aus! die korekte Argumentation lautet wo klmmt der zusatzstrom her. Derzeit istdie antwort oft genug „Kohle“ oder gar „Braunkohle“ ds bedeutet dass ein E Golf im Betrieb mehr CO2 verursacht als ein Golf Diesel gleicher Fahrleistungen…. Vermarktet wied aber der durchschnittliche CO2 ausstoß pro kWh und da sieht es besser aus weil regenerative in den Mix hinien kommen Sauber gerechnet ist das nicht! bei der WP sieht die bilanz feutlich besser aus weil zum ersatz eines Liters Heizöl nur 2 kWh Strom erforderlich sind, beim E- Fahrzeug sind es deutlich mehr als 3 kWh!
Denkt man aber zeitlich dynamisch wird sich die CO2 Emission des Elektrofahrzeuges im Betrieb senken lassen indem der Strommix verändert wird. (mehr Gas in der Leistungsregelung)…
Interessant das Elektroflugzeug, das es als keines Flugzeug bereits gibt bei Reichweiten um 160 km…. aber wir wollen ja gerade die bahn auf den kurzen Strecken, so dass dieses marktsegment letztlich kaum zur Verfügung steht…
Zusammenfassend erste priorität ist mehr grüner Strom…
Was muss geschehen wenn m an beim strom 100 % regenerativ erreichen will? Offensichtlich brauchen wir Wind und Sonne und Speicher.. Bei wind istder faktor bis 100 % nicht so hoch da heben wir bereits mehr als die hälfte geschafft und insgesamt ist in der nordsee noch etwas Platz, und das ein oder andere windrad wird sich auch im süden der republik stellen lassen.. bei PV ist der ausbaubedarf größer, ich kann das alles recht gut vorrechnen….. Das potimum des Mix hängt letztlich von den Preisen für Wind und sonne ab…. man braucht aber zum masiven ausbau von Solar Speicher. sompel und preislich attrektiv Pumpspeicher. Leistung rund 60 GW also sehr viel mehr als heute und Speichervolumen 660 GWh…. das iat halb so viel wie die Energiemenge des größten Speichers der Schweiz…. also überschaubar und machbar..
Damit kommt man weit aber nicht zu 100% Nun hat man die möglichkeit biogas auszubauen, und das gas in kavernen zu speichern und mit biogas die lücken zu füllen und im tausch gegen dies e Kapazitäten die Pumpspeicher vom speichervoumen her auszubauen.
Erst langsam kommt man in die situation dass er größere mengen an regenerativen strom gibt die bilig verfügbar sind und das planbar und für hinireichend vollaststunden im Jahr und erst wenn das der Fall ist kan man beginnen vorhandene Waserstoffbedarf mit Grünstrom zu decken…
Wenn man darüber hinaus Wasserstoff einseten will findet man jedoch typisch dass Wasserstoff erhebliche Nachteile hat die Technik teuer ist und die Effizienz mäßig.
Ich jedenfalls habe bislang nur feststellen können, dass im wesentlichen die vorhandenen Märkte bedient werden müssen, aber darüber hiniaus gehende Waserstoffmärkte sehe ich nur in kleinem Umfang und diese sind recht speziell….. im Fazit kann ich nur sagen beobachten und überlegen, nachrechnen u.s.w. aber zum handeln ist es zu früh! Wir sollten uns im moment auf dsa konzentrieren was nahe liegt und zu vergleichsweise geringen Kosten umsetzbar ist!
Das bedeutet wir müssen uns um wind auf See und wind im Süden konzentrieren wir sollten rund 10 GW PV jedes jahr zubauen und wir sollten Pumpspeicher ausbauen bis auf etwa 60 GW in Summe…. Bei den wärmepumpen Gas geben Kraft wärme kopplung nicht mehr fördern Bioenergieanlagen so weit es geht auf biogas als produkt umstellen und nicht Biogas vor Ort verstromen sondern mit viel höheren Wirkungsgraden in GuD Kraftwerken mit verstromen, wir sollten die für Erdgas ausgelegten Kavernen letztlich für biogas nutzen das in Phasen nicht benötigt wird in dennen Wind und Sonne alleine die Stromversorgung sicherstellen..
Und bei Zahlen sollten wir immer nachrechnen!
Wasserstofftransport statt Stromtransport sehe ich nicht als eine sinnvolle Option! Nur die kritische Frege welche Fehler mache ich! und stimmen meine Prognosen… Technisch fast immer, aber nicht immer!!!! politisch aber ist die Trefferquote deutlich geringer! Wir werden also sehen, ob sich die deutsche Politik vom derzeitigen Wasserstoffhype beeindrucken lässt!