Wasserstoff: Revolutionärer Energiespeicher oder bloß ein teurer Irrweg?

Zum Wirkungsgrad bei der Verstromung. Nutzung von Grünem Wasserstoff mit Strom aus Erneuerbaren hat Vorteile. So kann CO2-Ausstoß reduziert werden.

Wasserstoff zur Stromerzeugung macht nur dann Sinn, wenn der Wasserstoff als Pufferspeicher genutzt wird, um Strom während der sogenannten Dunkelflaute verfügbar zu machen. Somit steht die Wasserstoff-Lösung im Wettbewerb mit anderen Speicheroptionen.

Der aktuelle Vorteil von Wasserstoff-fähigen Gaskraftwerken besteht darin, dass sie zunächst mit Erdgas betrieben werden können, das als Fracking-Gas importiert werden kann.

Falls die geopolitische Lage einen Erdgasimport nicht mehr ermöglichen sollte, kann man zur Not auch das unkonventionelle Fracking in Deutschland wieder erlauben. Entsprechende Quellen gibt es sowohl in Bayern als auch in Niedersachsen.

Wirkungsgrad der Stromerzeugung in Gaskraftwerken

Geht man von Erdgas als Brennstoff aus, bietet die direkte Verstromung in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit einem Anlagewirkungsgrad von bis zu 60 Prozent derzeit die beste Ausbeute.

Ein Umweg über Wasserstoff, der aus Erdgas reformiert werden muss, ist nicht zuletzt aufgrund des dabei anfallenden CO2 keine sinnvolle Option. Dieser Weg eignet sich nicht einmal als sogenannte Brückentechnologie.

Wirkungsgrad der Stromerzeugung mit Brennstoffzellen

Zur Verstromung von Wasserstoff kann anstelle eines entsprechenden Gaskraftwerks eine Brennstoffzelle eingesetzt werden. Es handelt sich dabei genau genommen um eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle oder kurz Wasserstoff-Brennstoffzelle. In der Wasserstoff-Brennstoffzelle dient Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel. Im Grunde handelt es sich bei der Brennstoffzelle um die Umkehr der Elektrolyse.

Die Brennstoffzellen-Technik ist in ihren Grundsätzen kein neues Phänomen, sondern geht auf das Jahr 1839 zurück. Damals hatte der walisische Jurist und Physiker Sir William Robert Grove den ersten funktionsfähigen Brennstoffzellen-Prototypen konstruierte. ″Dieser bestand aus zwei Platin-Elektroden, die jeweils von einem Glaszylinder umschlossen waren.

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In dem einen Glaszylinder befand sich Wasserstoff, in dem anderen Sauerstoff. Beide Elektroden tauchten in verdünnte Schwefelsäure ein, die als Elektrolyt diente und die elektrische Verbindung schuf. An den Elektroden konnte eine Spannung abgegriffen werden. Da diese sehr gering war, schaltete Grove mehrere dieser Brennstoffzellen zusammen, um eine höhere Spannung zu erhalten.″

Indem sie chemische Energie direkt in elektrische Energie und Wärme umwandeln, sollen Wasserstoff-Brennstoffzellen höhere Wirkungsgrade als konventionelle Kraftwerke ermöglichen. Da es bislang noch keine größeren Gaskraftwerke gibt, die dauerhaft mit Wasserstoff betrieben werden können, ist diese Aussage aktuell nur eine These, die überprüft werden muss.

Wirkungsgrad der Elektrolyseure zur Erzeugung von Wasserstoff

Die drei derzeit relevanten Verfahren der Elektrolyse sind: die alkalische Wasserelektrolyse mit einem flüssigen basischen Elektrolyt, die saure bzw. Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (kurz PEM-Elektrolyse) mit einem polymeren Festelektrolyt sowie die Hochtemperatur-Wasserdampfelektrolyse mit einem Festoxid als Elektrolyt.

Die aktuellen Wirkungsgrade liegen zwischen 44 und 86 Prozent. Im Labormaßstab sind jedoch schon deutlich höhere Werte erreichbar. So hat Hysata eine sogenannte kapillargespeiste Elektrolysezelle entwickelt, die grünen Wasserstoff aus Wasser mit einer Zelleffizienz von 98 Prozent produzieren soll.

Woher kann der Grüne Wasserstoff kommen?

Als Ziel der Wasserstoffproduktion für die nachfolgende Verstromung sollte eine Elektrolyse vor Ort oder eine biologische Produktion aus Schlacht- und ähnlichen Abfällen hierzulande angestrebt werden.

Derzeit werden als Wasserstoffquellen zumeist eher fernere Länder wie Australien, Namibia oder Kanada genannt. Dabei werden geopolitische Risiken üblicherweise ausgeblendet. Diese bestehen nicht nur in den Ländern, in welchen der Wasserstoff produziert werden soll, sondern auch auf dem Seeweg, der inzwischen nicht nur durch die klassischen Piraten bedroht werden kann.

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Im Gegensatz zur Politik, welche bei der Wasserstoffbeschaffung gerne in die Ferne schweift, empfiehlt das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung für den Wasserstoffimport eher Länder wie Spanien und Norwegen.

Da die Nachfrage nach Wasserstoff weltweit steige, das Angebot aber eher gering sei, bleibt der Energieträger kurz- und mittelfristig eher teuer und knapp. Der Import von Wasserstoff sollte sich daher auf Branchen konzentrieren, die ihre Klimaschutzziele nur mit Wasserstoff erreichen können, etwa die Stahlindustrie oder der internationale Schiffs- und Flugverkehr.

Als Heizgas oder für die Verfeuerung in Gaskraftwerke ist importierter Wasserstoff eher weniger geeignet. Nicht zuletzt weil diese Nutzung aufgrund der zusätzlichen Nachfrage zu höheren Preisen führt.

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