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WASSERSTOFF

Klimaneutral. Mit Wasserstoff.

 

Ohne En­er­gie­wirt­schaft kein Was­ser­stoff! Was steckt hinter dem
All­round-Ta­lent? 

Was­ser­stoff ist seit jeher ele­men­ta­rer Be­stand­teil unseres Daseins und
wird bereits seit dem 19. Jahr­hun­dert erforscht. In den letzten zehn Jahren
wurde er für die En­er­gie­wirt­schaft im Zuge der En­er­gie­wen­de vor allem
als Speicher und Strom- und Wär­me­er­zeu­ger in Pi­lot­pro­jek­ten getestet.
Stra­te­gi­sche Wei­chen­stel­lun­gen auf na­tio­na­ler und eu­ro­päi­scher
Ebene und För­de­run­gen geben der Wirt­schaft jetzt den Rahmen für
weit­rei­chen­de In­ves­ti­tio­nen. Ziel ist nun, möglichst zügig einen Markt
für Was­ser­stoff zu eta­blie­ren und so sämtliche Po­ten­zia­le für den
Kli­ma­schutz zu nutzen.

 



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ER­KLÄR­VI­DE­OS ZUM ALL­ROUND-TA­LENT

Alles rund um das En­er­gie­ta­lent Was­ser­stoff, die Her­stel­lung, die
Vorteile der be­ste­hen­den Gas­in­fra­struk­tur und mögliche
An­wen­dungs­be­rei­che, erfahren Sie auch in den Filmen aus der Kampagne
„En­er­gie­ta­lent Was­ser­stoff“: 



Was­ser­stoff ist ein viel­sei­tig ein­setz­ba­rer En­er­gie­trä­ger. Es gibt
un­ter­schied­li­che Mög­lich­kei­ten, ihn zu erzeugen, und viel­fäl­ti­ge
An­wen­dungs­ge­bie­te. Die wich­tigs­ten In­for­ma­tio­nen haben wir für Sie
hier zu­sam­men­ge­stellt:

Dossier Artikel


EN­ER­GIE­WIRT­SCHAFT ER­MÖG­LICHT WAS­SER­STOFF – EMP­FEH­LUN­GEN

Was­ser­stoff kann nur im Zu­sam­men­spiel mit der En­er­gie­wirt­schaft seine
Po­ten­zia­le entfalten. Der BDEW zeigt Wege, wie der Aufbau einer
er­folg­rei­chen...

Dossier Artikel


WAS­SER­STOFF IN DER PRAXIS

An­wen­dun­gen in der En­er­gie­wirt­schaft

Dossier Artikel


WAS­SER­STOFF­WIRT­SCHAFT AUFBAUEN: PO­LI­TI­SCHE ZIELE UND MASSNAHMEN

Für eine funk­tio­nie­ren­de Was­ser­stoff­wirt­schaft werden ver­läss­li­che
po­li­ti­sche Rah­men­be­din­gun­gen benötigt. Die Bun­des­re­gie­rung hat dafür
die...

Dossier Artikel


WAS­SER­STOFF IST EIN EU­RO­PÄI­SCHES PROJEKT: GEMEINSAM ANS ZIEL

Nur im eu­ro­päi­schen Verbund lässt sich eine Was­ser­stoff­wirt­schaft
er­folg­reich aufbauen. Der En­er­gie­trä­ger muss sich in das be­ste­hen­de
En­er­gie­sys­tem...

Dossier Artikel


FLEXIBLE HER­STEL­LUNG: WIE WIRD WAS­SER­STOFF ERZEUGT?

Was­ser­stoff steht aktuell im Ram­pen­licht als ein Hoff­nungs­trä­ger für eine
kli­ma­neu­tra­le En­er­gie­er­zeu­gung. Aber was steckt hinter dem
En­er­gie­ta­lent...

Dossier Artikel


WAS­SER­STOFF ALS ALL­ROUND-TA­LENT: WO WIRD ER EIN­GE­SETZT?

Was­ser­stoff ist ein flexibler En­er­gie­trä­ger und lässt sich in
ver­schie­de­nen An­wen­dungs­be­rei­chen einsetzen. Wir be­leuch­ten, welche
das sind und wo...

 

 


WIKI - EN­ER­GIE­TA­LENT WAS­SER­STOFF

Was­ser­stoff ist das häufigste chemische Element auf der Erde. In unserem
Son­nen­sys­tem besteht 75 Prozent der gesamten Masse aus Was­ser­stoff, im
gesamten Weltall wird sogar ein noch höherer Anteil vermutet. Sämtliche lebende
Or­ga­nis­men und beinahe alle or­ga­ni­schen Ver­bin­dun­gen bestehen zum Teil
aus Wasser, der Ver­bin­dung von Wasser- und Sau­er­stoff.



Was­ser­stoff hat die geringste Atommasse aller Elemente: Er ist 14-mal leichter
als Luft, weder giftig noch ätzend oder ra­dio­ak­tiv, entzündet sich nicht
selbst und verbrennt mit farbloser Flamme rück­stands­frei.


WO KOMMT WAS­SER­STOFF NA­TÜR­LI­CHER­WEI­SE VOR?

Was­ser­stoff kommt auf der Erde meist in der Ver­bin­dung mit Sau­er­stoff als
Wasser vor. In dieser Form bedeckt er über zwei Drittel der Erd­ober­flä­che.
96,5 Prozent als Salz­was­ser in den Ozeanen. Die ver­blie­be­nen 3,5 Prozent
als Süßwasser in Seen und Flüssen, aber auch als Grund­was­ser.

Davon befindet sich wiederum der größte Teil im festen Ag­gre­gat­zu­stand: als
Eis in der Arktis und Antarktis. Aber auch Erdgase wie z. B. Methan sowie Erdöl
sind wichtige was­ser­stoff­hal­ti­ge Ver­bin­dun­gen. Auch in mehr als der
Hälfte aller bisher bekannten Minerale ist Was­ser­stoff enthalten.

In der Erd­at­mo­sphä­re liegt Was­ser­stoff haupt­säch­lich als Was­ser­dampf
vor. Wie viel Was­ser­dampf eine Vo­lu­men­ein­heit Luft enthält, hängt neben
dem Vor­han­den­sein von Wasser von der Luft­tem­pe­ra­tur ab. Bei­spiels­wei­se
kann Luft von 30 °C Tem­pe­ra­tur bis zu 4,2 Vo­lu­men­pro­zent Was­ser­dampf
aufnehmen.


IST WAS­SER­STOFF DIE LÖSUNG FÜR EINE CO2-NEU­TRA­LE EN­ER­GIE­ER­ZEU­GUNG?

Was­ser­stoff kann Energie speichern und wieder freigeben, ohne dabei CO2
aus­zu­sto­ßen. Ins­be­son­de­re wenn die ge­spei­cher­te Energie er­neu­er­bar
ist, werden so kli­ma­schäd­li­che Emis­sio­nen vermieden. Chemisch enthält eine
Tonne Was­ser­stoff eine En­er­gie­men­ge von 33.330 Ki­lo­watt­stun­den. Das
ent­spricht dem durch­schnitt­li­chen Strom-En­er­gie­ver­brauch von 11
Drei-Per­so­nen-Haus­hal­ten in einem Mehr­fa­mi­li­en­haus. Was­ser­stoff kann
entweder direkt genutzt werden, z.B. in In­dus­trie­pro­zes­sen oder im
Wär­me­markt.

Die im Was­ser­stoff ge­spei­cher­te chemische Energie kann aber auch mit
Brenn­stoff­zel­len zu­rück­ver­wan­delt werden in elek­tri­sche Energie. Bei
dieser Um­wand­lung geht etwas der Energie verloren. Aktuell liegt der
Wir­kungs­grad hier bei etwa 50 Prozent. Es wird an Ef­fi­zi­enz­stei­ge­run­gen
geforscht. In Zukunft wird erwartet, dass der Wir­kungs­grad deutlich steigt.
Noch gibt es Her­aus­for­de­run­gen auf dem Weg zur kli­ma­freund­li­chen
En­er­gie­ver­sor­gung durch Was­ser­stoff.

Zum Beispiel ist Was­ser­stoff ein leichtes Gas und hat dadurch ein enormes
Volumen. Ganze 12 Ku­bik­me­ter un­ver­dich­te­ter Was­ser­stoff ent­spre­chen
erst einem Liter Benzin. Zwar kann Was­ser­stoff entweder kom­pri­miert oder
unter hohem Druck ver­flüs­sigt werden, jedoch benötigt dieser
Ver­flüs­si­gungs­pro­zess viel Energie. Einmal ver­dich­tet und kom­pri­miert,
wird aus dem Nachteil aber ein Vorteil, denn 1 kg Was­ser­stoff enthält dann
fast so viel Energie wie 3 kg Benzin.


WIE WIRD WAS­SER­STOFF ERZEUGT?

Auf der Erde ist Was­ser­stoff praktisch nicht in freier Form vorhanden. Unter
dem Begriff „Was­ser­stoff­her­stel­lung“ oder „-er­zeu­gung“ wird die
Be­reit­stel­lung von mo­le­ku­la­rem Was­ser­stoff (H2) be­zeich­net. Er muss
erst mit Hilfe anderer En­er­gie­quel­len aus einem was­ser­stoff­rei­chen
Aus­gangs­stoff ab­ge­spal­ten  werden. Seine Her­stel­lung ist dann
kli­ma­neu­tral, wenn es die En­er­gie­quel­len zur Gewinnung auch sind. Es
kommen ver­schie­de­ne Aus­gangs­stof­fe in Frage:

 * Erdgas, mit seinem Haupt­be­stand­teil Methan
 * andere Koh­len­was­ser­stof­fe, z.B. Erdöl und Kohle
 * Biomasse
 * Wasser 
 * andere was­ser­stoff­hal­ti­ge Ver­bin­dun­gen

Als En­er­gie­quel­le dient chemische Energie oder zu­ge­führ­te elek­tri­sche,
ther­mi­sche oder solare Energie. 


ELEK­TRO­LY­SE­VER­FAH­REN: EMIS­SI­ONS­FREIE ERZEUGUNG VON GRÜNEM WAS­SER­STOFF

Bei der Elek­tro­ly­se wird Wasser (H2O) in einem ersten Schritt z.B. mit Salz
(NaCl) an­ge­rei­chert, um den Io­nen­trans­port zu ver­bes­sern. Unter Einsatz
von Strom wird das Wasser dann in seine Be­stand­tei­le Was­ser­stoff (H2) und
Sau­er­stoff (O2) zerlegt. Dabei wandert der Was­ser­stoff zum negativ geladenen
und der Sau­er­stoff zum positiv geladenen Pol. Die ein­ge­setz­te elek­tri­sche
Energie wird in chemische um­ge­wan­delt und im Was­ser­stoff ge­spei­chert.

Stammt der zur Elek­tro­ly­se benötigte Strom aus er­neu­er­ba­ren Quellen, ist
die Her­stel­lung emis­si­ons­frei und es wird so­ge­nann­ter grüner
Was­ser­stoff erzeugt.




RE­FOR­MIE­RUNGS­VER­FAH­REN: GRAUER BZW. BLAUER WAS­SER­STOFF AUS ERDGAS

Im in­dus­tri­el­len Maßstab wird Was­ser­stoff heute haupt­säch­lich durch
Re­for­mie­rung aus Erdgas erzeugt. Eine solche Gewinnung aus
kon­ven­tio­nel­len En­er­gie­trä­gern re­sul­tiert in so­ge­nann­tem grauem
Was­ser­stoff. In einer che­mi­schen Reaktion entstehen Was­ser­stoff und
Koh­len­stoff­di­oxid. Aus diesem Gas­ge­misch wird ersterer durch
Ab­sorp­ti­on, Ad­sorp­ti­on oder mittels Membranen ab­ge­trennt. Da hierbei CO2
frei­ge­setzt wird, ist ein auf diese Art und Weise erzeugter Was­ser­stoff
nicht kli­ma­neu­tral.

Wenn das ent­stan­de­ne CO2 nach der Was­ser­stoff-Her­stel­lung jedoch in
geo­lo­gi­schen La­ger­stät­ten ge­spei­chert (Carbon Capture and Storage, CCS)
oder wei­ter­ver­wen­det wird (Carbon Capture and Uti­liza­t­i­on, CCU), spricht
man von blauem Was­ser­stoff. Dieser ist bi­lan­zi­ell kli­ma­neu­tral, da das
CO2 nicht in die At­mo­sphä­re gelangt.


ME­THAN­PY­RO­LY­SE: TÜRKISER WAS­SER­STOFF

Bei der Me­than­py­ro­ly­se wird Methan (CH4) thermisch gespalten. Dabei
entsteht Was­ser­stoff und fester Koh­len­stoff. Letzterer kann an­schlie­ßend
bei­spiels­wei­se in der Bau- oder Werk­stoff­in­dus­trie verwendet werden.
Vor­aus­set­zun­gen für die CO2-Neu­tra­li­tät des Ver­fah­rens sind die
Wär­me­ver­sor­gung des Hoch­tem­pe­ra­tur­re­ak­tors aus er­neu­er­ba­ren
En­er­gie­quel­len, sowie die dau­er­haf­te Bindung des Koh­len­stoffs.


WO WIRD WAS­SER­STOFF EIN­GE­SETZT?

Was­ser­stoff wird aktuell vor allem in der che­mi­schen Industrie, zum Beispiel
zur Her­stel­lung von Stick­stoff­dün­ger, in Erd­öl­raf­fi­ne­ri­en zur
Raf­fi­nie­rung von Mineralöl oder bei der Her­stel­lung von syn­the­ti­schen
Kraft­stof­fen verwendet. Er birgt als viel­sei­tig ein­setz­ba­rer
En­er­gie­trä­ger gleich­zei­tig große Po­ten­zia­le für den Weg hin zu einer
kli­ma­neu­tra­len En­er­gie­ver­sor­gung.

Die haupt­säch­li­chen An­wen­dungs­ge­bie­te lassen sich in vier Bereiche
aufteilen: die Strom­er­zeu­gung, der Wär­me­markt, die Industrie und der
Mo­bi­li­täts­sek­tor.




WAS­SER­STOFF IN DER EN­ER­GIE­WIRT­SCHAFT: FLE­XI­BI­LI­TÄT DURCH SPEICHER

Durch den Einsatz von Was­ser­stoff kann Energie ge­spei­chert, trans­por­tiert
und zu einem späteren Zeitpunkt wieder frei­ge­ge­ben werden. Diese
Ei­gen­schaft prä­des­ti­niert ihn als Spei­cher­tech­no­lo­gie für
Er­neu­er­ba­re Energien. Durch so­ge­nann­te Power-to-Gas-Ver­fah­ren kann aus
re­ge­ne­ra­tiv erzeugtem Strom Was­ser­stoff pro­du­ziert werden.

Dieser grüne Was­ser­stoff kann dann ge­spei­chert oder wei­ter­trans­por­tiert
werden. Bereits heute gibt es in Deutsch­land Gas­in­fra­struk­tu­ren, die zum
Teil auch für Was­ser­stoff genutzt werden können – sowohl Speicher als auch
Rohre für den Transport.

Außerdem bietet sich Was­ser­stoff auch für die Wär­me­ver­sor­gung an. Bereits
heute ist es möglich, ihn bis zu fünf Prozent in die deutschen Gasnetzte
ein­zu­spei­sen, ohne dass es eine Anpassung der Gas­hei­zun­gen in den
Haus­hal­ten bedarf. Pi­lot­pro­jek­te er­for­schen aktuell die Bei­mi­schung
von bis zu 30 % Was­ser­stoff in Erd­gas­net­ze.


WAS­SER­STOFF IN DER INDUSTRIE: DEKAR­BO­NI­SIE­RUNG VON NICHT
ELEK­TRI­FI­ZIER­BA­REN PROZESSEN

In der aktuellen öf­fent­li­chen Was­ser­stoff-Dis­kus­si­on wird dem Einsatz in
der Industrie große Po­ten­zia­le zu­ge­spro­chen. Hier gibt es einige Prozesse,
die sich nicht oder nur schwierig elek­tri­fi­zie­ren lassen. Hier kommt also
der direkte Einsatz von er­neu­er­ba­rem Strom nicht infrage. Aktuell werden für
diese Prozesse meist Kohle oder Erdgas genutzt, in Zukunft könnten sie relativ
un­kom­pli­ziert auf zunehmend grünen Was­ser­stoff um­ge­stellt werden.


WAS­SER­STOFF IN DER MOBILITÄT: SCHWER­LAST­VER­KEHR OHNE CO2-EMIS­SIO­NEN

Auch im Mo­bi­li­täts­sek­tor gibt es einige Ver­kehrs­mit­tel, für die sich ein
elek­tri­scher Antrieb nur bedingt anbietet: Ins­be­son­de­re beim
Schwer­last­ver­kehr wird zum Beispiel aufgrund des Gewichts der Fahrzeuge viel
Energie gebraucht. Dem­entspre­chend würde ver­hält­nis­mä­ßig viel Strom
benötigt, um die er­for­der­li­chen Reich­wei­ten abbilden zu können.

Mit einer Brenn­stoff­zel­le lassen sich diese Probleme umgehen. Wenn dann noch
vor­nehm­lich grüner Was­ser­stoff getankt wird, werden auch hier
Treib­haus­gas­emis­sio­nen deutlich reduziert.

Außerdem gibt es erste Projekte, die in Was­ser­stoff-Zü­ge in­ves­tie­ren.
Gerade in länd­li­chen Bereichen, wo es keine Ober­span­nungs­lei­tun­gen gibt
und Die­sel­loks fahren, können so Emis­sio­nen ein­ge­spart werden. Gleiches
gilt für den Schiffs­ver­kehr, wo der Einsatz von Schweröl noch dominiert.








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