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Grüner Wasserstoff als Schlüssel zur Klimaneutralität?

Wasserstoffmoleküle

Jakob von Schuh auf den Spuren des Megatrends:

ENERGIE, KLIMAWANDEL & NACHHALTIGKEIT
Innovative Energieerzeugung und -speicherung


Grau, blau, türkis oder grün: Das ist hier die Frage ... 


Die Zukunft soll dem grünen Wasserstoff gehören. Doch derzeit ist die "Wasserstoff-Landschaft" noch stark grau-blau eingefärbt. Was hat es damit auf sich? Für alle, die eine kleine Nachhilfe in Sachen Wasserstoff-Farbenlehre benötigen, haben wir ein paar "Punkte" daraus angeführt. Danach macht sich Jakob von Schuh (Innovationsscout bei in-manas) auf die Suche nach neuen Studien, Konzepten und Lösungen für die Erzeugung und Anwendung von grünem Wasserstoff.



EIN PAAR "PUNKTE" ZUR WASSERSTOFF-FARBENLEHRE

Ja, Sie haben natürlich recht: Wasserstoff ist und bleibt immer ein farbloses Gas. Aber die "bezeichnenden" Farben geben Auskunft über die Art der Produktion, oder anders formuliert: Je nach seinem Ursprung bzw. Herstellungsverfahren werden dem Wasserstoff unterschiedliche Farben zugeordnet. [1] [2]

  • Für die Herstellung von GRAUEM Wasserstoff wird viel CO2 ausgestoßen: Bei der Produktion von einer Tonne Wasserstoff entstehen circa zehn Tonnen davon, denn die für die Spaltung von Wasser benötigte Energie kommt ausschließlich aus fossilen Rohstoffen wie Erdgas und Kohle. Das Kohlendioxid wird als "Nebenprodukt" ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt dort den globalen Treibhauseffekt. Von CO2-Neutralität ist also keine Rede.
     
  • BLAUER Wasserstoff ist nichts anderes als grauer Wasserstoff. Aber das bei der Herstellung entstandene CO2 wird gespeichert und anderweitig genutzt, was man als "Carbon Capture and Storage" bezeichnet. Das Kohlendioxid gelangt also nicht in die Atmosphäre, daher gilt blauer Wasserstoff als CO2-neutral.
     
  • TÜRKISER Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan (CH4) hergestellt. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Damit dieses Verfahren CO2-neutral abläuft, muss die Wärme des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen stammen, zudem muss eine dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs garantiert sein. Die CO2-Neutralität ist also an ein paar "Bedingungen" geknüpft.
     
  • Beim GRÜNEN Wasserstoff erfolgt die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ausschließlich mit Strom, der zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen gewonnen wurde.

Soviel zu dieser Farbenlehre. Doch was tut sich in Sachen "Grüner Wasserstoff" – sowohl in der Forschung & Entwicklung als auch in der Praxis? Jakob von Schuh hat sich für uns auf die Suche begeben und stellt Ihnen vier Beispiele vor.


VIER AUSGEWÄHLTE BEISPIELE FÜR INTERESSIERTE


Vielversprechende Studie zum Wasserstofftransport per Schiene


Damit in einer künftigen Wasserstoffwirtschaft die Verteilung und Zulieferung von Wasserstoff effizient gelingt, muss eine entsprechende Logistik entwickelt werden. Die Herausforderung: Flüssiger Wasserstoff muss gekühlt werden, was viel Energie kostet und den Transport erschwert. Die Landesenergieagentur (LEA) Hessen hat zu diesem Thema  gemeinsam mit DB Energie, dem Energieversorger der Deutschen Bahn, eine Studie über die rechtlichen und technischen Anforderungen des Wasserstofftransports über das Schienennetz durchgeführt. Dabei kam eindeutig heraus, dass sich Wasserstoff per Bahn in größeren Mengen und umweltfreundlicher als über die Straße befördern lässt – besonders dann, wenn auf Züge mit Brennstoffzellenantrieb umgerüstet wird. Die rechtlichen und technischen Voraussetzungen seien ebenfalls gegeben. Geeignete Transportbehälter sind allerdings noch nicht entwickelt worden. In Zukunft soll es so möglich werden, von der Wasserstofferzeugung bis hin zum Verbrauch komplett CO2-frei zu agieren. [3]


Innovativer Fertigungsprozess von Bipolarplatten für bessere Wasserstoff-Autos


Bei alternativen Antriebskonzepten denken heutzutage die meisten an batteriebetriebene Elektromotoren. Um große Reichweiten zu erzielen, zum Beispiel für Lastkraftwagen, bieten Brennstoffzellen jedoch einen besseren technologischen Ansatz. Bereits heute können mit Wasserstoff betriebene Elektroautos in wenigen Minuten vollgetankt werden und auf ähnliche Reichweiten kommen wie dieselbetriebene Fahrzeuge. Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung. Das liegt unter anderem am komplizierten Herstellungsprozess der goldbeschichteten Bipolarplatten, die für die Brennstoffzellen essenziell sind. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Dresden haben nun gemeinsam mit den Unternehmen Daimler und Outokumpu Nirosta einen effizienteren Produktionsprozess für Bipolarplatten entwickelt. Anstatt mit Gold beschichteten sie diese mit Kohlenstoff und konnten damit sowohl die Fertigungskosten stark senken als auch den Prozess für eine schnelle Massenproduktion adaptieren. [4]


Metastudie zu potenziellen Elektrolyseverfahren von Salzwasser


Von grünem Wasserstoff spricht man, wenn bei der Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Für den Prozess der Elektrolyse muss das Wasser jedoch Trinkwasserqualität haben – eine Ressource mit immer begrenzterem Zugang, ganz besonders in den trockenen Gebieten, in denen gleichzeitig ein großer Teil des billigen Solarstroms erzeugt wird. Wird stattdessen Salzwasser verwendet, ist der bisherige Standardprozess dafür aufwendig, kostenintensiv und außerdem nicht umweltfreundlich. Abhilfe könnte hier ein Verfahren schaffen, mit dem es gelänge, das Salzwasser auf direkterem Weg in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Wissenschaftler der TU Berlin haben nun gemeinsam mit internationalen Forschungsgruppen sämtliche internationalen Studien zur Elektrolyse von Salzwasser analysiert und die wichtigsten technischen Herausforderungen herausgearbeitet. Dabei stießen sie auf zwei essenzielle Aspekte: die Entwicklung neuartiger Katalysatormaterialien und spezieller Membrantechnologien. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von bestimmten Pflanzenmembranen, die in der Lage sind, Meerwasser zu filtern. [5]


Bis zu 95 Prozent CO2-Einsparung bei der Stahlproduktion


Weltweit ist die Stahlproduktion für etwa sieben Prozent des gesamten CO2-Ausstoßes verantwortlich. Die Salzgitter AG plant, bis 2050 ihren Rohstahl nahezu CO2-frei herzustellen. Dazu wurde gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten IKTS, ISI und UMSICHT eine vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte „Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung regenerativer Energien“ (Projekt MACOR) durchgeführt. Dabei stellten die Forscher fest, dass unter Einbeziehung von grünem, mit Ökostrom produziertem Wasserstoff bis zu 95 Prozent des sonst bei der Rohstahlproduktion generierten Kohlendioxids eingespart werden können. Da eine solche Umstellung für den Konzern mit hohen Investitionskosten und dem Risiko neuer Technologien verbunden ist, soll in einem Nachfolgeprojekt BeWiSe (Begleitforschung Wasserstoff in der Stahlerzeugung) das entwickelte Verfahren weiter verbessert und nachhaltiger gestaltet werden. [6]


Auch wenn viele Dinge nach wie vor in den Kinderschuhen stecken, klingt einiges davon schon sehr vielversprechend . Wir bleiben jedenfalls "dran" am Thema, und hoffen möglichst viele Innovationen zu finden, damit wir in Sachen Wasserstoff zunehmend "im grünen Bereich" zu liegen kommen.

Jakob und das gesamte in-manas-Team



HIER NOCH EIN PAAR QUELLEN UND LESETIPPS FÜR SEHR INTERESSIERTE

[1] Grüner Wasserstoff und Brennstoffzelle: Schlüsseltechnologien auf dem Weg zur Klimaneutralität  

[2] Eine kleine Wasserstoff-Farbenlehre

[3] Studie der Deutschen Bahn: Wie man den Wasserstoff per Schiene transportieren kann 

[4] Graphit statt Gold: Dünne Schichten für bessere Wasserstoff-Autos

[5] Salzwasser statt Trinkwasser: Elektrolyse von Meerwasser könnte neuen Schub für Wasserstoff als Energieträger liefern

[6] CO2-Emissionen bei der Stahlproduktion: Von 100 auf 5 Prozent!



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Der Autor

Foto von Jakob von Schuh
Jakob von Schuh
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Der Wirtschaftsingenieur aus Deutschland ist nicht nur vielseitig interessiert, sondern im Rahmen seiner Aus- und Weiterbildungen auch weit herumgekommen: angefangen von Mexiko bis New York. Nun ist er in Innsbruck "gelandet" und unter anderem bei in-manas als Innovationsscout tätig, wo er vor allem in "technisch-mechatronische Welten" eintaucht, um uns darüber auf dem Laufenden zu halten. Aber auch Innovationen aus dem Themenkreis "Künstliche Intelligenz, Big Data und Industrie 4.0" spürt er nach und berichtet uns in regelmäßigen Abständen davon.