Alternative Antriebe für das Klima – das ist die Zukunft
Klimaschutz muss heute das vorherrschende Thema sein, um unsere Welt lebenswert zu erhalten oder wieder zu machen! Für einen erfolgreichen Klimaschutz ist es notwendig, den Anteil fossiler Energieträger auf ein Minimum zu reduzieren und den Ausbau erneuerbarer Energien weiter voranzutreiben. Wasserstoff gilt hier als einer der Hoffnungsträger. Klimaneutral produziert, kann er die CO2 Emissionen weit über den Stromsektor hinaus deutlich senken. Allein in Deutschland sollen bis zum Jahr 2030 Wasserstoff-Erzeugungsanlagen von bis zu zehn Gigawatt Gesamtleistung gebaut werden. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sind nur in begrenztem Umfang vorhanden. Um die Energieversorgung sicherzustellen, muss in Zukunft vermehrt auf Energieträger zurückgegriffen werden, die sich – durch natürliche Prozesse oder mit technischem Einsatz erneuern lassen, also nahezu unerschöpflich sind. Zu denen, auch alternative Energien genannten, zählen Sonnen- und Windenergie, Wasserkraft, Biomasse sowie Erdwärme. Wasser gibt es auf der Erde in nahezu unerschöpflicher Menge und deswegen gilt Wasserstoff als der Idealstoff der Energiewende. Er lässt sich mithilfe sogenannter „Elektrolyseure“ leicht herstellen. In einer solchen Anlage wird bei der Wasserelektrolyse Wasser, also H20, über eine Anode und Kathode elektrischer Strom aus erneuerbaren Energien zugeführt, der die Wasser-Moleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die beiden Gase werden separat voneinander abgeführt, aufbereitet und stehen dann zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Wasserstoff kann relativ einfach gelagert und transportiert werden. Noch einfacher kann es werden, wenn sich die neuste Erfindung etabliert, die ein interdisziplinäres Team von französischen Wissenschaftlern gerade vorgestellt hat. Geht es nach ihnen, kann Wasserstoff in Zukunft in Form von Festkörperplatten gespeichert und viel leichter transportiert werden. Wenn man ihn schließlich in einer Brennstoffzelle in Strom umwandelt, werden keine Abgase ausgestoßen. “Die Suche nach grüner, erneuerbarer Energie, die im Überfluss vorhanden ist, ist eine der größten Herausforderungen der Menschheit. Wasserstoff hat großes Potenzial, aber ihn zu speichern und zu transportieren stellt uns vor logistische Probleme und wirft Sicherheitsfragen auf. Mit dieser Auszeichnung beschreiten wir den Weg in eine Zukunft ohne Kohlenstoffausstoß, indem wir unsere Lösung zur Wasserstoffspeicherung in industriellem Maßstab anwenden“, erklärt das siegreiche Team. Etwas Besseres ist noch nicht erfunden. Wasserstoff lässt sich vielfältig einsetzen – unter anderem als Energiespeicher oder zur Herstellung klimaneutraler Kraftstoffe, zum Antrieb von Fahrzeugen oder als Rohstoff für die Verwendung in der Chemie- und Stahlindustrie. Für die Speicherung von Energie aus erneuerbarer Erzeugung gibt es viele technischen Konzepte, aber noch keines hat sich als wirklich ideal erwiesen. Denn was technisch möglich ist, ist noch lange nicht kostendeckend, denn es muss groß gedacht werden. Um eine hoch industrialisierte Volkswirtschaft zuverlässig mit Strom zu versorgen, bedarf es gigantischer Mengen Energie. Eine Studie des Deutschen Instituts für Wirtschaftsförderung aus dem Jahr 2018 hat errechnet, dass man bei Nutzung von 100 % erneuerbarer Energie etwa 16,3 Terrawattstunden Speicherkapazität benötigt, um in Deutschland die Stromversorgung in gewohnter Versorgungssicherheit gewährleisten zu können. Zum Vergleich: Den derzeit größten Lithium-lonen-Akku in einem Pkw verbaut aktuell das Unternehmen Tesla mit einer Kapazität von 100 KWh. Um die genannte Kapazität von 16,3 TWh zu speichern, bräuchte man also 163 Millionen dieser Autos. Das Rechenbeispiel macht die Dimensionen deutlich: Allein mit Akkus kann man diese Strommengen kaum speichern.
Warum also nicht auf Wasserstoff setzen?
Die Herstellung ist wie erwähnt relativ einfach, bedarf jedoch des Einsatzes von Energie in Form von Strom. Dabei geht Energie als Abwärme verloren, weshalb die Erzeugung von Wasserstoff mit Strom aus konventioneller Erzeugung sinnlos wäre. Anders stellt sich das mit Strom aus regenerativer Produktion dar. Denn dieser Strom ist theoretisch gratis: Sonne und Wind kosten nichts. Zwar wäre es auch in einem Szenario mit 100 % erneuerbarer Erzeugung besser, den Strom direkt und sofort zu nutzen. Aber wenn mehr erzeugt wird, als abgenommen werden kann, ist es sicher besser, daraus Wasserstoff zu erzeugen. Alternativ müssten nämlich Solaranlagen oder bei Sturm im Überfluss drehende Windkraftanlagen vom Stromnetz getrennt werden. Wasserstoff könnte ein gutes Medium sein, um die Umwandlung von „Power to Gas“ so umzusetzen, dass die gespeicherte Energie wieder gut zugänglich ist. Zudem kann Wasserstoff anteilig im bestehenden Gasnetz gespeichert und verteilt werden. Die Maschine, die die Rückumwandlung von Wasserstoff in nutzbare Energie vollzieht, ist die Brennstoffzelle. Der Unterschied zu konventionellen Motoren ist, dass der eingesetzte „Brennstoff“ eben nicht im herkömmlichen Sinne verbrannt wird. Es wird deswegen bei der Rückumwandlung von Wasserstoff in Strom kein klimaschädliches CO2 freigesetzt. Vielmehr wird der Wasserstoff durch eine chemische Reaktion und physikalische Vorgänge direkt in Strom umgewandelt unter Zuführung von Sauerstoff. Der „Abfallstoff“ ist reines Wasser. Eine absolut wünschenswerte Technologie für die Zukunft des Automobilbaus, wo Strom nicht in Akkus gespeichert wird, sondern in einem Gastank mitgeführt. Der Traum vom Auto, das mit Wasser fährt! Solche Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sind keine Zukunftsmusik, denn die gesamte Technologie ist längst dem Labormaßstab entwachsen. In der Automobilindustrie spielt Wasserstoff in Asien bereits eine große Rolle. China will schon 2030 eine Million Wasserstoffautos auf der Straße haben. Japan und Korea sehen ebenfalls Potenzial. Gerade in Ostasien wird breitflächig investiert in die Infrastruktur“, sagte Zipse. Aber auch in den USA ist man seiner Zeit voraus. Hier werden ab 2035 nur noch E- Autos mit Batterie oder Brennstoffzelle auf die Straßen gelassen.
Was ist der Stand in Deutschland? Während Mercedes Benz und Audi ganz auf das batteriegetriebene E-Auto setzen, investiert BMW auch in Wasserstoffautos. Zwar ist auch für BMW das E-Auto mit Batterie künftig das Maß der Dinge – spätestens 2030 soll jeder zweite BMW damit fahren. Aber angesichts zunehmend knapper Rohstoffe für die Akkus einerseits und unzureichender Ladenetze andererseits will der Vorstandsvorsitzende Zipse nicht alles auf eine Karte setzen. Wasserstoff sei „das fehlende Puzzle-Teil, das E-Mobilität dort vervollständigen kann, wo sich batterie-elektrische Antriebe nicht durchsetzen werden“, sagte er. BMW setzt aber auch auf den Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur für den Fernverkehr. MAN, Daimler Trucks und Volvo haben Lastwagen mit Brennstoffzellenantrieb angekündigt, weil sich für schwere Laster, Busse oder Züge und lange Strecken eine Batterie nicht rechnet. Auch über den Schwerlastverkehr kommt der Wasserstoff also in die Mobilität. Alle Automobilhersteller sind sich einig – beide Antriebsarten werden in der Zukunft co-existieren. Unsere Quintessenz: Wasserstoff wird ein wichtiger Rohstoff bleiben und seine Rolle als Energieträger wird noch deutlich größer werden. Im Jahr 2050 sollen etwa 50 Prozent der Energieerzeugung weltweit aus erneuerbaren Quellen kommen – satte 25 Prozent werden aus Wasserstoff hergestellt.
