Wasserstoff

Nahaufnahme eines Elektrolyseurs: Hier findet der eigentliche Elektrolyseprozess statt.

Die drei populärsten Mythen unter der Lupe

Was ist das häufigste chemische Element in unserem Universum – und wird derzeit kontrovers diskutiert? Genau: Wasserstoff, der als H2 zudem Bestandteil von Wasser sowie aller existierenden organischen Verbindungen ist. Er ist in gebundener Form ein essentieller Baustein aller Lebewesen und verbindet die Wüstenbewohner mit den fremdartigsten Tiefseelebewesen. Letztendlich repräsentiert Wasserstoff sogar 75 % der gesamten Masse des Universums und ist in 93 % aller existierenden Atome enthalten.

Es lässt sich also schwerlich behaupten, dass Wasserstoff ein „neuer Trend“ sei. Dennoch lässt die Medienberichterstattung genau das vermuten: Gibt man das Wort „Wasserstoff“ in die Suche bei „Spiegel.de“ ein, ergeben sich allein fürs letzte Jahr 212 Treffer. Woran liegt das? Die Antwort ist ernüchternd und einfach zugleich: Am menschengemachten Klimawandel. Um die Erderwärmung einzudämmen und die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen, muss die gesamte Menschheit klimaschädliche Emissionen massiv reduzieren. Wasserstoff gilt dabei als einer der prominentesten Hoffnungen und Energieträger der Zukunft. Mit der Veröffentlichung der Wasserstoffstrategien der Bundesregierung im Juni und der EU Kommission kurz darauf wurde Wasserstoff zum Shooting Star der Energiewende.

Dieser plötzliche Ruhm wird allerdings begleitet von Mythen, die hier auf den Prüfstand gestellt werden. Welche Klischees sind wahr und welche ins Reich der Fantasie zu verbannen? Hier finden Sie es heraus.

Mythos 1: Wasserstoff ist aufgrund der hohen Explosionsgefahr gefährlich und deshalb als Energieträger ungeeignet

Diese Behauptung ist der populärste Einwand, wenn das Thema Wasserstoff angesprochen wird und meistens in etwa so formuliert: „Wasserstoff als Energieträger der Zukunft? Ich würde es mir zweimal überlegen, mich in ein Auto oder Flugzeug setzen, das mit Wasserstoff betrieben wird.“

Umfrageergebnisse aus den vergangenen Jahrzehnten stützen diese etwas salopp formulierte These: Ein ernstzunehmender Anteil der Befragten gab an, Assoziationen mit der Zündung einer Wasserstoffbombe zu haben. Auch das aus der Schule bekannte „Knallgasexperiment“ ist vielen noch sehr präsent (DWV, 2011, S. 12,18). 

Doch sind diese Ängste unbegründet oder gibt es zurecht Vorbehalte? Eine Teilantwort lässt sich ohne große Recherche direkt vorwegnehmen: Die Funktionsweise einer Wasserstoffbombe hat nichts mit den möglichen Anwendungsbereichen von Wasserstoff im Energiesektor oder der Industrie zu tun. Die enorme Zerstörungskraft fußt auf einer Kernreaktion verschiedener Wasserstoff-Isotope, die nur unter speziellen Bedingungen stattfindet. 

Wasserstoff
Wasserstoff-Pipelines: Durch Rohre wie diese wird der Wasserstoff an seinen Bestimmungsort geleitet.

Unabhängig davon ist Wasserstoff in gasförmiger Form hochentzündlich. Bis zu einer Temperatur von 560  °C („Selbstendzündungstemperatur“) ist dafür aber ein äußerer Impuls nötig, etwa durch mechanisch oder elektrisch erzeugte Funken oder heiße Gegenstände in unmittelbarer Umgebung. Generell sind Luftgemische von 4-76 Volumenprozent brennbar, ab einer Konzentration von 18 % ist das Luftgemisch dann explosiv (auch „Knallgas“ genannt). Dem ist aber entgegenzusetzen, dass Wasserstoff extrem flüchtig ist und sich schnell nach oben verteilt, weshalb Explosionsgefahr –  wenn überhaupt – nur in geschlossenen Räumen wie z. B.  Garagen oder Parkhäusern besteht. Sollte ein durch Wasserstoff betriebenes Fahrzeug in eine kritische Unfallsituation in einer geschlossenen Räumlichkeit geraten, sorgen zudem Sicherheitsmaßnahmen wie Überdruckventile etc. immer noch dafür, dass der Wasserstoff geregelt entweichen kann und die H2-Konzentration unkritisch bleibt. 

Ein anderer Punkt, der bei der Diskussion um das Gefahrenpotential von Wasserstoff gerne außer Acht gelassen wird, ist die Beschaffenheit von Benzin. Benzin ist ähnlich leicht entzündbar und bei weitem nicht so flüchtig wie Wasserstoff. Im Falle eines Tanklecks sammeln sich Benzindämpfe auch unter freiem Himmel in Bodennähe und verbleiben dort bedeutend länger als es bei Wasserstoff der Fall wäre. Das Brandrisiko ist dadurch über einen längeren Zeitraum gegeben. Dazu detoniert Benzin bereits bei einer Konzentration von 1,1 %. Nur zur Erinnerung: Ein Luft-Wasserstoffgemisch explodiert bei 18 %. (Stepken, 2003, S. 2-4)

Was lässt sich also auf den Einwand, Wasserstoff sei als Energieträger zu gefährlich, antworten? Zuallererst ist H2 ein Gas, das unter den oben geschilderten Umständen explosiv reagiert, d. h. ein gewisses Gefahrenpotential ist also gegeben. Dennoch: Wasserstoff ist sicherer als beispielsweise Benzin. Und Sie steigen ja auch in ein Auto, ohne sich zu Tode zu fürchten, oder?

Mythos 2: Es fehlt die nötige Infrastruktur, um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können

Wasserstoff

Überschaubar: In einer Wasserstoff-Anlage findet auf relativ kleinem Raum alles Platz, was zur „grünen“ Wasserstofferzeugung benötigt wird.

Eine weitere, häufig gehörte Behauptung ist, dass es in Deutschland (und Europa) an der nötigen Infrastruktur mangele, um Wasserstoff in den benötigten Mengen transportieren zu können. Ein entsprechendes Netzwerk müsste quasi „am Reißbrett“ komplett neu entwickelt werden. 

Um diesem Aspekt auf den Grund zu gehen, lohnt es sich auf die (Versorgungs-)Netze zu schauen, die von E.ON und anderen Verteilnetzbetreibern betrieben werden. Auf den ersten Blick fallen da zwar die Stromnetze ins Auge, Gasnetze gehören aber genauso zur Infrastruktur. Durch die meisten dieser Gasnetze werden fossile Gase geleitet, die für das Erreichen der Klimaziele ersetzt werden müssen. Trotzdem wäre es verschwendetes Potential, wenn diese Gasleitungen in der Zukunft ungenutzt brach liegen würden. Warum also nicht bereits existierende Infrastruktur verwenden, um (grünen) Wasserstoff im ganzen Land zu verteilen? Diesen Plan verfolgen wir bei E.ON und wollen unsere Gasnetze bis 2030 H2-ready machen. Wir planen, in zehn Jahren in der Lage zu sein, Wasserstoff und andere grüne Gase von heimischen Produzenten oder über die Anbindung an das geplante Wasserstoff-Fernleitungsnetz in unsere Verteilnetze aufzunehmen. Ganz praktisch testen wir das in einem Teilnetz unseres Regionalversorgers Avacon. Das Projekt soll die Möglichkeit veranschaulichen, Wasserstoff zu einem deutlich höheren Prozentsatz in ein existierendes Gasnetz einzuspeisen, als dies heute im Regelwerk vorgesehen ist. Auch eine völlige Umstellung bestehender Netze ist denkbar.

Auch wenn es „reine“ Wasserstoffnetze geben wird: Es muss keine völlig neue Infrastruktur „vom Reißbrett“ entwickelt werden. Wir bei E.ON sind nämlich schon lange damit beschäftigt, unsere Gasnetze Teil einer neuen emissionsfreien Energiewirtschaft werden zu lassen.  

Mythos 3: Wasserstoff ist in der Herstellung zu teuer

Ein weiterer Vorbehalt gegenüber einer ausgebauten Wasserstoffwirtschaft ist, dass der Elektrolyseprozess zur Herstellung von Wasserstoff zu teuer sei. 

Auf dem ersten Blick betrachtet ist diese Aussage richtig: Verschiedene Studien verorten die Kosten von Wasserstoff im Jahr 2020 bei ungefähr 15-25 ct/kWh (Bukold, 2020, S. 8) (Prognos AG, 2020, S. 44). Zur Einordnung: Erdgas liegt bei etwa 3 ct/kWh. Ist der Behauptung also bedingungslos zuzustimmen? Jein. 

Um tiefere Einblicke bezüglich der Preiszusammensetzung von Wasserstoff zu erhalten, ist ein Blick auf die Produktionsweise interessant. Neben einigen anderen Verfahren soll H2 zukünftig mithilfe von grünem Strom aus dem Elektrolyseprozess gewonnen werden. Sehr vereinfacht erklärt wird dabei Strom benutzt, um Wasser (H20) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) zu zerlegen. Dieser Prozess findet in sogenannten Elektrolyseuren statt, die damit, solange grüner Strom verwendet wird, die Rolle von CO2-freien „Wasserstofferzeugern" einnehmen. Weiter oben habe ich zwar dargelegt, dass existierende Gasnetze momentan durch ein Upgrade H2-ready gemacht werden – nichtsdestotrotz fehlt es sowohl auf nationaler als auf internationaler Ebene an leistungsstarken Elektrolyseuren, die das farblose Gas in großen Mengen produzieren können. Was im Umkehrschluss bedeutet, dass an dieser Stelle noch Investitionsbedarf herrscht, der sich in der Folge auch im relativ hohen Preis von 15-25 ct/kWh widerspiegelt. Folgt man der Logik weiter, ergibt sich auch, dass der Preis fallen wird, sobald es eine ausreichende Zahl von „Wasserstofferzeugern“ gibt. Genau diese Annahme ist auch wissenschaftlich belegt: 2030 betragen die Kosten für Wasserstoff voraussichtlich nur noch 14,5-22,8 ct/kWh und bis 2050 soll der Preis nur noch 12,2-18,4 ct/kWh betragen (Prognos AG, 2020, S. 44). Eine von Greenpeace in Auftrag gegebene Studie berechnet sogar einen noch größeren Preisverfall auf lediglich 6-12 ct/kWh im Jahr 2050 (Bukold, 2020, S. 8). Dazu wird die Effizienz der Elektrolyseure durch den zu erwartenden Technologiefortschritt beträchtlich steigen, d. h. der Preis für den Endverbraucher wird weiter fallen. 

Unabhängig von den errechneten Kosten sollte sich jede(r) von uns fragen, ob wir als Gesellschaft bereit sind, die Kosten für das alternative Szenario zu tragen. Setzen wir weiter auf fossile Kraftstoffe und Energieträger, wird die Menschheit nicht in der Lage sein, die Erderwärmung einzudämmen und die Ziele des Pariser Klimaabkommens einzuhalten. Und diese Kosten werden nicht in ct/kWh zu messen sein. 

Literatur

Bukold, S. (2020). Blauer Wasserstoff - Perspektiven und Grenzen eines Technologiepfades. . 

DWV. (2011). DWV Wasserstoff Sicherheits-Kompendium. 

Prognos AG. (2020). Kosten und Transformationspfade für strombasierte Energieträger . 

Stepken, A. (2003). Wasserstoff – so sicher wie Benzin.

 

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