Wasserstoff: Der Kraftstoff der Zukunft?
In Deutschland setzt man auf die Brennstoffzelle für das Auto, in Frage käme Wasserstoff auch als Speichermedium für erneuerbare Energiequellen
Die neuentflammte Klimadebatte hat auch die Zukunft der Energieversorgung wieder ins Lampenlicht der öffentlichen Aufmerksamkeit gerückt. Was kommt nach Atomkraft, Erdöl, Gas und Kohle, lautet die Frage. Für den Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) scheint die Antwort auf die Energiefrage klar. Wasserstoff sei der ideale Kraftstoff der Zukunft, hieß es am Donnerstag auf der Jahrespressekonferenz der Organisation in Berlin. Er biete sich nicht nur als Benzin- und Dieselersatz, sondern auch als ideales Speichermedium für die erneuerbaren Energiequellen an.
Bei einer Reihe von Produkten stehe man inzwischen vor der Markteinführung, so DWV-Vorsitzender Johannes Töpler. Martin Roßmann von der Rittal GmbH legte dar, dass es bereits eine Vielzahl von Produkten für stationäre Anwendungen auf dem Markt gibt, die unter anderem von seinem Unternehmen angeboten werden. Besonders hatte er dabei die Notstromversorgung im Auge, aber auch netzferne Anwendungen. Insbesondere, wenn eine ununterbrochene Stromversorgung benötigt wird, wie etwa bei Telekomeinrichtungen, ließe sich das mit einer Kombinationen aus Brennstoffzellen und Solartechnik realisieren. Der Wasserstoff kann dann vor Ort durch Elektrolyse aus überschüssigem Solarstrom oder in einem so genannten Reformator aus Methan (Erd- oder auch Biogas) gewonnen werden.
Für den Verband ist das allerdings erst der Anfang. DWV-Sprecher Ulrich Schmidtchen erklärte die Wasserstofftechnologie zum natürlichen Partner der erneuerbaren Energiequellen. Denen gehöre die Zukunft, meinte er mit Verweis auf eine Studie, die die Ludwig-Bülkow-Systemtechnik GmbH im Auftrag des DWV erstellt hat. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass der Höhepunkt der Erdölproduktion schon in den nächsten Jahren zu erwarten sei. Hinzu kommen erhebliche Unsicherheiten bei der Erschließung neuer Erdgasfelder, sowie auch dort eine rasche Erschöpfung der Vorräte. Kohle sei nicht in der Lage, die sich in den nächsten Jahrzehnten auftuende Lücke in der Primärenergieversorgung zu schließen; und Kernenergie schon gar nicht.
Bleiben also nur Wind, Sonne, Wasserkraft und Geothermie. Vor allem die ersten beiden Quellen sind jedoch sehr unstetig, so dass Speichermedien und Grundlastkraftwerke benötigt werden. Hierfür bieten sich verschiedene Lösungen an, unter anderem Pumpspeicherwerke, Druckluftspeicher und eben der Wasserstoff, den der DWV favorisiert.
Pumpspeicherwerke sind in Deutschland nur begrenzt möglich und könnten höchstens in Skandinavien genutzt werden. Dafür müsste man überschüssigen Strom zum Beispiel aus künftigen Offshore-Windparks über Gleichstromkabel dorthin leiten. Statt dessen könnte der Strom auch, so das Argument des DWV, wenn zu viel Wind weht genutzt werden, um Wasser elektrolytisch zu Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Das Problem: Nur 75% der elektrischen Energie würde im Wasserstoff chemisch gespeichert. Hinzukommt Energie, die für Kompression und eventuell auch Verflüssigung aufgewendet werden muss. Am Ende ließen sich in der Brennstoffzelle bestenfalls 20 bis 25 Prozent der elektrischen Energie zurückgewinnen, so DWV-Vorstandsmitglied Jochen Lehmann im Gespräch mit Telepolis. Etwas besser wird die Bilanz, wenn die Brennstoffzelle in einem Blockheizkraftwerk steht, in dem auch die Abwärme genutzt werden kann.
Ganz anders sehen da die Möglichkeiten von Druckluftspeichern aus. Die funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Pumpspeicherwerke, die Wasser mit überschüssigem Strom in die Höhe pumpen, um es bei Bedarf Turbinen antreiben zu lassen. Für Druckluftspeicher nutzt man Kavernen in Salzstöcken, die in Norddeutschland und unter der Nordsee in fast beliebiger Zahl angelegt werden könnten. In diese unterirdischen Hohlräume wird Luft mit großen Druck (bis zu 100 Bar, also etwa dem 99fachen Atmosphärendruck) gepresst. Bei Bedarf lässt man die Luft entweichen, wobei sie auf eine Turbine geleitet wird. Bei Bremen gibt es bereits seit den 1970er Jahren ein derartiges Werk, das mit einem Wirkungsgrad von 42 Prozent arbeitet. Modernere Werke, die die Abwärme nutzen, die bei der Kompression entsteht, bringen es auf 55 Prozent. Bis zu 70 Prozent würden sich erreichen lassen, wenn die Kraftwerke adiabatisch arbeiten, das heißt, wenn sie die Wärme der durch die Kompression erhitzten Luft speichern und ihr beim Austritt aus der Kaverne wieder zu führen.
IN Deutschland bleibt man beim Auto fixiert auf die Brennstoffzelle
Ob also angesichts dieser Wirkungsgrade der Wasserstoff tatsächlich der unersetzliche kleine Bruder der Windenergie werden kann, ist mehr als fraglich. Aber am Freitag drehte sich vieles nach den einleitenden Worten über Klimaschutz und saubere Energie eigentlich um die Zukunft des Automobils. Jedenfalls war das der Subtext. DWV-Vize-Vorsitzender Joachim Wolf, der im Hauptberuf beim Industriegase-Hersteller Linde beschäftigt ist, drängte sehr auf den Ausbau der Infrastruktur. Deutschland brauche unbedingt Wasserstofftankstellen. Der Staat müsse der Industrie bei der Markteinführung helfen.
Voll des Lobes waren er und seine Kollegen, dass die Bundesregierung endlich ein Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie beschlossen hat. 500 Millionen Euro aus öffentlichen Mitteln sollen dafür bereitgestellt werden. Die Industrie will noch einmal das gleiche aufbringen, dafür aber auch den Ton angeben. "Es kann nicht sein", so Wolf am Freitag vor der Presse, "dass wir von irgendwelchen Instituten gelenkt werden."
Und die Richtung ist klar: Wenn man mal von mittelständischen Unternehmen wie Rittal absieht, dann hat die Industrie offensichtlich vor allem das Wasserstoff-Auto im Sinn. Das ist schon daran abzulesen, dass das Programm im Bundesverkehrsministerium angesiedelt ist, dessen Leiter Wolfgang Tiefensee im Herbst 2006 eine Vereinbarung darüber mit Vertretern der Wirtschaft unterzeichnete. Schon in zehn Jahren solle der Einsatz von Wasserstoffantrieben und Brennstoffzellen zum Alltag gehören, ließ der Minister bei der Gelegenheit wissen.
Davon ist allerdings bisher nicht viel zu sehen. Obwohl bereits seit rund zehn Jahren am Brennstoffzellen-Pkw gewerkelt wird, ist eine kommerzielle Serienreife erst nach 2010 zu erwarten, war am Freitag zu erfahren. Das ist umso beachtlicher, als man sich hierzulande einseitig auf Wasserstoff und Brennstoffzelle konzentriert, während die Konkurrenz in Japan viel Aufwand mit der Entwicklung von Hybrid-Motoren betrieben hat.
Der bereits seit längerem im Handel erhältliche Toyota-Prius verbindet zum Beispiel Verbrennungs- und Elektromotor, was den (konventionellen) Kraftstoffverbrauch erheblich drosselt (fünf Liter auf 100 Kilometer im Stadtverkehr nach Firmenangaben). Der Vorteil für Toyota: Man kann nicht nur die strengen Abgasnormen in Kalifornien oder China erfüllen, sondern hat auch bereits seit Jahren wichtige Erfahrungen mit Elektroantrieben gewonnen. Die werden sich künftig in verschieden Richtungen nutzen lassen, je nach dem, welche Technologien sich durchsetzen. Hybridantriebe könnten für Biokraftstoff umgerüstet werden, sie ließen sich zu Batteriebetriebenen Systemen weiterentwickeln oder man könnte Verbrennungsmotor und den Ladegenerator der Batterie durch eine Brennstoffzelle ersetzen.
In Deutschland scheint man hingegen für derart ergebnisoffene Entwicklungen nichts übrig zu haben. Hierzulande hat man sich ganz auf die Brennstoffzelle fixiert und die Optimierung der übrigen Flotte vernachlässigt, weshalb man sich mit Händen und Füßen gegen schärfere EU-Abgasnormen wehrt (Streit um Pkw-Emissionen). Allein DaimlerChrysler soll bereits über eine Milliarde Euro in Forschung und Entwicklung der Wasserstofftechnologie gesteckt haben. Noch vor wenigen Jahren hieß es bei dem Stuttgarter Global Player, 2010 werden weltweit 500.000 Autos mit Brennstoffzelle rollen.
Doch davon kann keine Rede sein. Hier und da fahren diverse Prototypen. In Chinas Hauptstadt Beijing sollen bis zu Olympiade 2008 100 Brenstoffzellen-Wagen unterwegs sein. Dabei ruht auf China, wie Töpler am Freitag deutlich machte, die große Hoffnung der Freunde des Wasserstoffautos. Bis 2020 solle auf jeden zehnten Chinesen ein Pkw kommen. Diese 130 Millionen Fahrzeuge hätten nur genug Kraftstoff wenn 30 bis 50 Millionen von ihnen mit Wasserstoff angetrieben würden. Den Markt will man sich offensichtlich nicht entgehen lassen, zumal die Konkurrenz nicht schläft: In den USA sei man derzeit am weitesten, was den Aufbau einer Tankstellen-Infrastruktur angehe, so Wolf. Dort werde GM 2010 die ersten Wasserstoff-Fahrzeuge auf den Markt bringen.
In Deutschland ist bisher das einzige serienreife, allerdings nur in geringer Stückzahl produzierte, Wasserstoffauto der BMW Hydrogene 7, der an Kunden verleast wird. Der Haken: Der Wasserstoff wird in einem Otto-Motor verbrannt. Im Prinzip handelt es sich um einen Benzinmotor, der leidlich an die Erfordernisse des Wasserstoffs angepasst wurde. Das ist so ziemlich die schlechteste Variante, die sich denken lässt, denn der Wirkungsgrad ist niedrig. Noch nicht einmal der Verbrennungsraum wurde auf den Wasserstoff abgestimmt, erläutert Schmidtchen im Gespräch mit Telepolis. Aber, so ein anderes DWV-Mitglied, schließlich habe auch die Dampfmaschine nur einen Wirkungsgrad von elf oder zwölf Prozent gehabt, und dennoch die industrielle Revolution antreiben können. Nur war seinerzeit die Erfindung des James Watt konkurrenzlos, während heute eine Vielzahl von konkurrierenden Technologien zur Verfügung steht. Wenn man statt des Verbrennungsmotors eine Brennstoffzelle in den Pkw einbaut, kann der Wirkungsgrad immerhin verdoppelt werden, was vor allem auch die Reichweite erhöhen würde. Dann ließe sich mit einer Tankfüllung beim gegenwärtigen Stand der Technik immerhin 400 Kilometer zurücklegen.
Aber auch mit Brennstoffzelle lassen sich in einem Auto, in dem die Abwärme nicht zu nutzen ist, nur maximal 25 Prozent der elektrischen Energie aus dem Wasserstoff herausholen, der bei der Elektrolyse und für die Kompression oder gar Verflüssigung aufgewendet wurde. Das Problem ist einfach, dass der motorisierte Individualverkehr eine nicht gerade effiziente Einrichtung ist. Offen ist höchstens noch, ob in einigen Jahrzehnten eine wesentlich verbesserte Batterie-Technik im Zusammenhang mit einem Überangebot an Wind- und Solarstrom dieses Missverhältnis etwas abmildern kann. Aber diese Frage wird sich wohl frühestens zur Mitte des Jahrhunderts stellen.
Die Automobilhersteller haben sich allerdings auch in der Vergangenheit nicht von der geringen Energieeffizienz ihrer Produkte beeindrucken lassen, so lange die Kunden nur gekauft haben. Und offenbar hofft man, dass man so weiterwirtschaften kann wie bisher. Die große Frage wird also sein, wenn sich die Wasserstoffträume verwirklichen lassen, wo der Kraftstoff herkommt. In Frage kommen, wenn das Erdgas einmal erschöpft ist, Biogas und Strom. Der Verteilungskampf um das Biogas habe bereits begonnen, so Wolf. Da könnte sich die Forderung des DWV-Vorsitzenden Töpler, Kraftstoff dürfe nicht mit Nahrungsmittelanbau konkurrieren, schnell als frommer Wunsch erweisen. Und wer weiß, vielleicht wird man uns schon bald den erhöhten Strombedarf für die Elektrolyse von Wasserstoff wahlweise als Argument für die Verlängerung der AKW-Laufzeiten oder auch den Neubau von Kohlekraftwerken präsentieren.