Wasserstoff und seine vielfältigen Anwendungen


Klimafreundliche Energietechnologien: Wasserstoff und Brennstoffzellen

 Auf der Erde ist Wasserstoff zumeist an andere chemische Elemente gebunden. Um ihn in Reinform nutzen zu können, muss er mit Hilfe von Energie aus diesen Verbindungen gelöst werden. Der so erzeugte Wasserstoff ist ein Energieträger und kann auf verschiedene Art und Weise verwendet werden. Am effizientesten lässt sich Wasserstoff in Brennstoffzellen verstromen. Brennstoffzellensysteme wiederum lassen sich überall dort nutzen, wo Strom und Wärme benötigt werden, also in der Mobilität sowie in Heizungen und Kraft-Wärme-Anlagen.

 

Wasserstoff ist somit Kraftstoff für Fahrzeuge zu Land (z.B. Autos, Busse, Gabelstapler, Züge), Wasser (z.B. Schiffe, U-Boote) und Luft (Flugzeuge) sowie Brennstoff für Heizungen und Kraft-Wärme-Anlagen. Wird reiner Wasserstoff in Brennstoffzellen in diesen Anwendungen eingesetzt, dann entstehen lokal keine schädlichen Emissionen. Das einzige Reaktionsprodukt ist Wasser.

 

Gegenwärtig wird Wasserstoff noch immer vorwiegend aus Erdgas reformiert. Dabei entstehen durch den Einsatz des fossilen Erdgases allerdings Treibhausgas (THG)-Emissionen. Eine zukunftsfähige und klimafreundliche Wasserstofferzeugung nutzt stattdessen die erneuerbaren Energien Wind, Sonne, Wasserkraft oder Geothermie. Möglich wird das durch den Einsatz von Elektrolyseuren, die mit Strom aus erneuerbaren Energien Wasser in seine chemischen Elemente Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) zerlegen. Wasserstoff und Brennstoffzellen ermöglichen damit einen Ausstieg aus fossilen Energien (Stichwort: Dekarbonisierung).


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Wasserstoff als Energiespeicher für erneuerbaren Strom

Anders als Strom, der nur bedingt gespeichert werden kann, lässt sich Energie in Form von Wasserstoff über Wochen und Monate zwischenspeichern. Dieser Eigenschaft kommt in einem Energiesystem, das immer mehr auf fluktuierende, erneuerbare Energien setzt, eine ganz entscheidende Rolle zu. Heute wird Strom zumeist mit fossilen Energien über Kohle-, Gas- und Kernkraftwerken bereitgestellt und zwar dann, wenn er benötigt wird.

 

Strom aus erneuerbaren Energien wie Windkraft- und Fotovoltaikanlagen steht wiederum immer dann zur Verfügung, wenn der Wind weht und die Sonne scheint, unabhängig vom Bedarf. Um die bestehende Energieversorgung durch den Aus- und letztendlich Umbau hin zu einem erneuerbaren Energieversorgungssystem zu ermöglichen, bedarf es Speichermöglichkeiten, die große Mengen überschüssigen Strom langfristig speichern können, damit auch in Zeiten mit wenig Wind- und Sonnenstrom der Strombedarf gedeckt werden kann. Wasserstoff ist ein Energiespeicher. Er kann in Elektrolyseuren, immer dann erzeugt werden, wenn zu viel erneuerbare Energie vorhanden ist. Der so gewonnene Wasserstoff kann gespeichert, als Treib- und Brennstoff genutzt und in Perioden, in denen zu wenig Strom aus EE-Anlagen bereitsteht, in Brennstoffzellen verstromt und ins Netz eingespeist werden.


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Wasserstoff ermöglicht eine neue, saubere und integrierte Energiewelt

Die heutige Energiewelt nutzt in erster Linie fossile Energien (Öl, Gas, Kohle) und ist in die Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr aufgeteilt. Die Energiesektoren verfügen größtenteils über eigene Übertragungswege (Strom-, Wärme-, Gasnetze) und Infrastrukturen (Raffinerien, Pipelines und Tankstellen). Herstellung, Bereitstellung und Verbrauch sind auf die Bedürfnisse der Verbraucher in den jeweiligen Energiesektoren ausgerichtet.

 

Dank des Auf- und Ausbaus der erneuerbaren Energien entwickelt sich der Stromsektor inzwischen zunehmend klimafreundlich und nachhaltig. Im Wärme- und Verkehrssektor hingegen dominieren weiterhin die fossilen Energieträger Öl und Gas mit entsprechenden Treibhausgas-Emissionen. Um die globalen Klimaziele zu erreichen, müssen die fossilen Energieträger in der Energieversorgung nahezu komplett durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Gleichzeitig muss die Energieversorgung zu einem Sxstem entwickelt werden, das alle Energiesektoren integriert. Wasserstoff koppelt die Energiesektoren.

 

Er ist neben seiner Funktion als Energieträger und -speicher auch Roh- bzw. Grundstoff für eine Vielzahl von Produktionsprozessen in unterschiedlichen Industrien (z.B. Chemieindustrie, Raffinerien, Halbleiterentwicklung). Durch den Einsatz von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien können industrielle Prozesse dekarbonisiert und die Emissionen deutliche reduziert werden. Die zugrunde liegenden Herstellungsverfahren (Stichwort Power-to-X) nutzen statt fossilen Energien ausschließlich Elektrolyse-Wasserstoff und vorhandene CO2-Quellen, um daraus klimaneutrale Treib- und Brennstoffe zu synthetisieren, die im Verkehr und in der Wärmeerzeugung wie ihre fossilen Verwandten Diesel und Erdgas genutzt werden können.