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Wasserstoff – mehr als nur heiße Luft?

Wasserstoff verfügt über immenses Potenzial als Ressource zur Dekarbonisierung der globalen Wirtschaft, aber die Kosten bleiben hoch.

05.03.2020
hydrogen

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Globales Klimawandel-Team

Wasserstoff ist die am häufigsten vorkommende chemische Substanz im Universum und das leichteste Element im Periodensystem. Während die Welt gegen den zunehmenden Klimanotstand ankämpft, könnte eine derart weit verbreitete Ressource dabei helfen, mittels einiger wirkungsvoller Technologien die Weltwirtschaft zu dekarbonisieren.

Allerdings sind die Kosten trotz zahlreicher möglicher Anwendungen für Wasserstoff nach wie vor hoch. Nicht alle Technologien sind jetzt schon so weit ausgereift, dass sie in der gesamten Weltwirtschaft zum Einsatz kommen könnten. Das bedeutet, dass wir künftig einige Wendepunkte zu erwarten haben.

Das Wasserstoffspektrum

Obwohl an sich farblos, kann Wasserstoff in grauen, blauen und grünen Wasserstoff unterteilt werden. Grauer Wasserstoff wird mittels fossiler Brennstoffe, in der Regel Erdgas, gewonnen. Das gleiche trifft auf blauen Wasserstoff zu, wobei hier jedoch die Kohlenstoffdioxidemissionen über Technologien zur CO2-Sequestrierung (CCS) aufgefangen und gespeichert werden. Grüner Wasserstoff wird mittels erneuerbarer Energien, größtenteils Wind- und Solarenergie, erzeugt.

Sowohl der blaue als auch der grüne Wasserstoff eignen sich für zahlreiche Anwendungen in einer kohlenstoffarmen Wirtschaft, weshalb diese Technologien für Investoren interessant sind. Die Umwandlung von Wasserstoff in Strom kann über eine Wasserstoff-Brennstoffzelle (HFC) erreicht werden, die Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht. Wird eine solche Brennstoffzelle kontinuierlich mit Wasser- und Sauerstoff versorgt, dann kann sie Strom mit Wasser (H2O) als einzigem Nebenprodukt generieren.

In einer kohlenstoffarmen Wirtschaft lässt sich Wasserstoff auf verschiedenste Arten einsetzen. Drei dieser Anwendungen stechen hervor: Speicherung, Transport und Materialien.

Erstens kann Wasserstoff zur Speicherung von Elektrizität in Zeiten der überschüssigen Produktion von Wind- und Solarstrom eingesetzt werden. Als solches könnte die Wasserstoffspeicherung eine Lösung für Unterbrechungen in der Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie bieten – eines der Haupthindernisse für eine schnellere Einführung dieser Stromerzeugungstechnologien. Allerdings sind die Produktionskosten von grünem Wasserstoff nach wie vor höher als diejenigen von erdgas- (und CCS)basierten Alternativen (siehe Grafik). Darüber hinaus würde der damit einhergehende notwendige Transport von Wasserstoff erhebliche Infrastrukturinvestitionen erfordern, bevor dies wirtschaftlich rentabel wäre.

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Verbrennungsmotoren und Hochöfen

Die zweite Anwendung für Wasserstoff ist Mobilität. Obschon Wasserstoff aufgrund von Skaleneffekten besser für schwerere Fahrzeuge wie Züge, Schiffe und Schwerlasttransporter geeignet scheint, kommt er auch bei Personenfahrzeugen zum Einsatz.

Wie schon bei batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) erfordern mit Brennstoffzellen betriebene Elektrofahrzeuge (FCEVs) beträchtliche Investitionen in die Infrastruktur, insbesondere in Ladestationen. Mit schnelleren Ladezeiten und einer größeren durchschnittlichen Reichweite könnten brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge jedoch die batteriebetriebenen Fahrzeuge übertreffen: unter der Voraussetzung, dass eine groß angelegte Produktion die laufenden Produktionskosten weiter senkt und eine ausreichende Ladeinfrastruktur geschaffen wird.

Drittens könnten stark umweltverschmutzende Sektoren wie Stahl und Aluminium von einer Verlagerung hin zu einer verstärkten Nutzung von Wasserstoff im Produktionsprozess profitieren. Die Ersetzung bestehender Hochöfen durch ein Direktreduktionsverfahren, einschließlich Wasserstoff- und Lichtbogenöfen, könnte in Zeiten, in denen die CO2-Preise (insbesondere in Europa) steigen werden, zu einer kostengünstigen, kohlenstoffärmeren Art der Stahl- und Aluminiumproduktion führen.

Unseres Erachtens werden wasserstoffbasierte Technologien beim Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft eine wesentliche Rolle spielen und potenziell in großen Teilen der Weltwirtschaft zum Einsatz kommen. Da diese Technologien ausreifen, wird es jedoch unabdingbar sein, die vor uns liegenden Wendepunkte zu identifizieren, um in einer kohlenstoffarmen Welt die Spreu vom Weizen zu trennen.

 

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