Editorial - VGB PowerTech Journal 3/2021

Thema: Wasserstoff

Dem Energieträger Wasserstoff wird bei der angestrebten Klimaneutralität sowie für den Erfolg der Energiewende eine wichtige Rolle zugeordnet.

Wasserstoff und die Energiewirtschaft bzw. Energietechnik blicken dabei auf eine lange Geschichte zurück und damit liegen auch umfassende Erfahrungen im Umgang und in seiner Nutzung vor. Seit mehr als 200 Jahren wird Wasserstoff in Wissenschaft und Technik untersucht und genutzt. Der französische Erfinder Francois Isaac de Rivaz konstruierte im Jahr 1806 den De Rivaz Motor, den ersten Verbrennungsmotor mit interner Verbrennung, betrieben mit einem Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch. Wasserstoff ist heute eine integrale, bedeutende Komponente im Raffineriesektor; seit 1975 hat sich der Wasserstoffbedarf in diesem Bereich der Energie- und auch Rohstoffversorgung verdreifacht, wobei der Bedarf heute noch wesentlich durch den Einsatz fossiler Primär­energieträger gedeckt wird, d. h. etwa 6 Prozent der weltweiten Erdgasgewinnung sowie 2 Prozent der Kohleförderung werden zur Erzeugung von Wasserstoff aufgewendet.

Wasserstoff kann aber auch klimaneutral gewonnen werden. Dabei muss auf klimaneutrale Energieträger bei der Gewinnung bzw. Erzeugung zurück gegriffen werden oder anfallende Emissionen müssten stofflich genutzt oder gespeichert werden. Vorrangig stehen als Energiequellen aktuell vor allem erneuerbare Energieträger im Fokus des Interesses; insbesondere da ihre Volatilität über die Kette Wasserstofferzeugung, Wasserstoffspeicherung und Transport zum Verbrauch in gewissem Umfang ausgeglichen werden kann – die Wasserstoffkette wirkt somit quasi als Puffer, ein wichtiger Vorteil der Wasserstoffnutzung im Verbund Strom-Gas.

Ein weiterer Vorteil von Wasserstoff liegt in seiner individuellen Einsetzbarkeit in quasi allen Verbrauchssektoren und der möglichen Koppelung der Sektoren. Wasserstoff kann dabei auch emissionsbehaftete Energieträger entweder ersetzen oder andere, auch neue Technologien können zum Einsatz kommen. Ein praktisches Beispiel ist der Verkehrssektor: Wasserstoff kann emissionsfrei in herkömmlichen Verbrennungsmotoren genutzt werden aber auch über den Weg Brennstoffzelle–Strom den Antrieb liefern.

Dieser Wandel in der Energiegewinnung und -versorgung ist daher für eine wachsende Zahl von Staaten weltweit Antrieb, sich auch mit dem Thema Wasserstoff zu beschäftigen und jeweilige Wasserstoff-Strategien aufzustellen. Diese sind je nach Verfügbarkeit der Primärenergieressourcen eng verknüpft mit den Chancen einer Wasserstoffwirtschaft, entweder zum Beispiel mit dem Import und klima- sowie energiepolitischen Zielen oder als Exportprodukt und den damit verbundenen Chancen für Wirtschaft und Arbeit.

Daher stehen neben klima- und energiepolitischen Aspekten auch zukunftsfähige Arbeitsplätze sowie neue Wertschöpfungspotenziale in einem wachsenden globalen Markt an.

Auf Seiten der Technik eröffnet sich mit den bekannten und bewährten Verfahren ein breites Forschungs- und entwicklungsfeld. Power-to-Gas bzw. Power-to-X-Technologien greifen dabei auf Strom – aus emissionsarmen Quellen – und Elektrolyseverfahren zurück. Vier wesentliche technische Verfahren werden heute genannt: Die alkalische Elektrolyse (AEL), die Proton-Exchange-Membran Elektrolyse (PEM), die Anionenaustauschmembran-Elektrolyseur (AEM) und die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL). Bekannt, bewährt und breit eingesetzt ist seit mehr als einhundert Jahren die alkalische Elektrolyse. Das PEM-Verfahren ist deutlich jünger und heute kommerziell einsetzbar. Für AEM und HTEL liegen Erfahrungen über dem Labormaßstab hinaus vor und Pilotphase bzw. Einführung in den kommerziellen Einsatz stehen an. All diese Verfahren „liefern“ bei emissionsfreier Versorgung mit Strom „Grünen Wasserstoff“, also in seiner Gesamtbilanz emissionsneutralen. Die bekannte Gewinnung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen lässt sich mit Carbon-Capture-and-Storage kombinieren, d.h. geologischer Lagerung des anfallenden Kohlenstoffs. Sie liefert bei im Vergleich geringeren Emissionen „blauen“ Wasserstoff. Ein Vorteil liegt im Einsatz bekannter und ausgereifter technischer Prozesse. Die thermische Spaltung von Methan führt zu „türkisem“ Wasserstoff, da als Nebenprodukt elementarer Kohlenstoff anfällt. Hier werfen sich nicht die Herausforderungen einer geologischen Lagerung von Kohlendioxid auf. Sicherlich ist diese Liste lückenhaft. Sie soll im wesentlichen aufzeigen, dass ein erhebliches technisches Potenzial bei der zentralen Frage einer Wasserstoffwirtschaft vorhanden ist, dem Wie der Gewinnung.

Mit ihrem Know-how fällt unserer Branche daher eine wichtige und verantwortungsvolle Rolle bei der Entwicklung und breiten Einführung der Wasserstoffwirtschaft zu. Am Beginn der Erzeugungskette für Wasserstoff liegen wesentliche Bausteine des Erfolgs für die technische Umsetzung und breite Markteinführung.