Wasserstoff: der Wunderstoff?

Der gleichnamige Vortrag im Rahmen der Petra-Kelly-Stiftung findet online am 23.Mai 2022 statt. Moderiert wird dieser von Jörg Staude, Redakteur bei klimareporter° und Geschäftsführer des KJB KlimaJournalistenBüro.
Referentin ist Dipl.-Wirt.-Ing. Maike Schmidt Leiterin des Fachgebiets Systemanalyse Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).

In der Ankündigung wird die Frage gestellt, welche Rolle Wasserstoff auf dem Weg zur Klimaneutralität einnehmen wird. Und wie dies eigentlich mit der Abhängigkeit zum russischen Erdgas zusammen hängt.

Wasserstoff-Molekül H2

Kaum geläufig sind mir die Zahlen zum derzeitigen Bedarf und Verbrauch von Wasserstoff. Gemeint ist der Einsatz als Industrierohstoff. Weltweit werden aktuell 70 Millionen Tonnen jährlich verbraucht. Bei einem Preis von bisher 2€ je kg bedeutet das einen Markt von 140 Milliarden € pro Jahr.

Gebraucht wird Wasserstoff meist in der chemischen Industrie etwa bei der Herstellung von Dünger/Ammoniak, Polymeren und Harzen. Weiter wird er zur Produktion von Halbleitern, Glas und Lebensmitteln benötigt. Auch in der Kühlung spielt er eine Rolle. In Raffinerien zur Erzeugung von Treibstoffen für gewöhnliche Verbrennermotoren bis hin zu Kerosin in der Luftfahrt. Der Anteil hier ist 25%. Etwa 10% des verfügbaren Stoffes wird für die Stahlproduktion verwendet.

Der Anteil Deutschlands am weltweiten Angebot sind 1,6 Millionen Tonnen im Jahr. Bei uns liegt der Anteil den Raffinerien verbrauchen sogar bei 40%.
Bei den Quellen von Wasserstoff spielen erneuerbare Energie bisher keine Rolle, gar keine. In mehr oder weniger aufwändigen Prozessen entsteht H2 aus Erdgas (48%), Erdöl (30%), Kohle (18%) und zu 4% als Nebenprodukt bei der Herstellung von Chlor. Dabei entsteht mehr oder weniger viel Kohlendioxid. Das trägt massiv zur Erderwärmung bei. Die Menge des sogenannten grünen Wasserstoffs ist bisher zu vernachlässigen. Mit Biomasse als Ausgangsstoff muss man noch mit 0,8 kg CO2 je kg erzeugtem H2 an Emissionen rechnen. Besser wird es mit Photovoltaik und Wind, hier entstehen die Treibhausgase in der Vorkette bei der Produktion der Stromerzeugeranlagen bzw. der Elektrolyseanlagen. Ganz Null ist nicht zu erreichen, es wird aber überschaubarer.

Es ist spannend zu hören, dass es weltweit etwa zehn große Anbieter von Anlagen für Wasserstoff-Elektrolyse gibt.

Ab hier lasse ich öfter meine persönlichen Schlussfolgerungen mit einfließen. Sie stehen zur Diskussionen, es ist ein laufender Erkenntnisgewinn. Grob dürfte ich aber richtig liegen.

Ich finde es erstaunlich dass die Produktion von Elektrolyseanlagen eher handgefertigt ist. Es gibt bisher keine Fließbandfertigung, mir ist schleierhaft warum. China wird als technologischer Wettbewerber genannt. Wer in einigen Jahren diesen Beitrag liest, mag wissen, wer in dieser Technologie dann federführend sein wird.

Industrielle Fertigung ist nötig, man braucht bis zum Jahr 2030 10.000 MegaWatt an Elektrolyse-Leistung. Irgendwo hatte ich mal gelesen, dass eine Anlage mit nur einem MegaWatt heutzutage etwa 2,5 Millionen € kostet. Lieferzeiten inklusive. 2020 war man in Deutschland noch bei 50 MegaWatt. Der geneigte Leser darf gerne selbst nachrechnen, was das bedeuten mag.
Es geht um 10 Milliarden € und den Aufbau einer neuen Industrie, die erst effektiv werden kann, wenn genug erneuerbare Energie übrig ist.

Um unserem aktuellen Bedarf an Wasserstoff jährlich zu decken, wohlgemerkt als Industrierohstoff, wird man 3000 TWh zusätzlichen Strom für die Elektrolyse brauchen. Wenn wir in Deutschland unsere Kapazitäten an erneuerbaren Energien verzehnfachen, kommt man in etwa hin.

Wollte man hier autark werden, hieße das umgerechnet auf die Bevölkerungszahlen für die Gemeinde Bergkirchen (fast jeder 10.000ste Deutsche ist aus Bergkirchen) etwa einen Anteil von 300 GWh im Jahr.
Utopisch ist das nicht, aber mehr als gewaltig. Und man denke dabei an den Ausbau der Stromnetze. Günstig ist es für den, der seine Abnehmer in der Nähe hat.

Einfacher wird es, wenn man etwa die Hälfte vom H2 importiert. Und dann kann man über den Bedarf von Wasserstoff als Energieträger reden. Das worum es in den vielen Diskussionen geht, der Speicher der uns über Dunkelflauten hinweghilft und der das Erdgas zum Heizen ersetzen soll. Man ahnt, dass man H2 nicht unbedingt bei Fahrten zum Bäcker oder in die Arbeit verheizen sollte. Viele unrealistische Vorstellungen sollte man ernsthaft korrigieren.

Noch ein Wort zur Infrastruktur. Unsere Erdgasleitungen sind darauf vorbereitet bzw. sie können es verkraften, dass man ihnen 2-5% an H2 zum Methan beimischt. Je nach Dichtung der Übergänge können es auch 30% sein. Das ist eine gute Nachricht. Reine Wasserstoffpipelines gibt es in Deutschland bereits seit 1940, die Technik ist also erprobt. Leider sind das bisher nur 230 km meist in NRW. Dabei wären diese Leitungen bis 4000 km Länge für den Transport am kostengünstigsten. Man braucht hier aber eine Leistung von 50 GWp um diese zu befüllen und dauerhaft zu betreiben. Das ist einmal mehr gigantisch. Danach kommt die Möglichkeit der Kompression und des Transports per Schiff mit Andocken an dafür ausgerüstete LNG-Terminals.

Aber ein paar positive Umstände kann man noch nennen. Um ein kg H2 zu erzeugen braucht man neun Liter Wasser. In Deutschland gibt es schlimmere Fälle von Verschwendung. Ansonsten fallen auch Meerwasserentsalzungsanlagen energetisch nicht so ins Gewicht. Hier fällt sehr reines Wasser an, und genau das braucht man.

Außerdem erzeugt Elektrolyse Wärme. Diese Energie, die eigentlich verloren geht, könnte man im Winter sowieso, aber vielleicht auch sonst noch nutzen. Helfen wird uns das auf jeden Fall. Wie weit das nun obige Überlegungen und Prognosen verbessert, darf man sich selbst überlegen. Es sei verraten, es ist kompliziert.

Und wer weiß was man von unserem nahezu dekadenten Energieverbrauch noch einsparen kann. Für die Zukunft unserer Kinder sollten wir alles auf den Prüfstand stellen.
Es bleibt wirklich spannend!

Stefan Haas, Bergkirchen am 30.Mai 2022

Informationen auch unter
https://www.boell.de/de/gruener-wasserstoff
https://www.ndr.de/nachrichten/info/Warum-eine-Oel-Raffinerie-im-Norden-auf-gruenen-Wasserstoff-setzt,gruenerwasserstoff100.html

Nun ist auch der Mitschnitt der Veranstaltung veröffentlicht:
https://www.petrakellystiftung.de/de/2022/05/31/wasserstoff-der-wunderstoff

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