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Erneuerbare Energien: Die Energiewende braucht Wasserstoff

Kein anderes Element ist so universell und dabei simpel aufgebaut wie Wasserstoff und das energiereiche Gas lässt sich aus fast jedem Energieträger gewinnen. Genauso vielseitig gestaltet sich seine Nutzung.

Ein Bericht von Jan Oliver Löfken veröffentlicht am
Schematische Darstellung von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Wassermolekülen: Europa hinkt auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft hinterher.
Schematische Darstellung von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Wassermolekülen: Europa hinkt auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft hinterher. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Hunderte Windräder erzeugen in der meist steifen Brise über der Nordsee zuverlässig Strom. Windparks mit insgesamt 900 Megawatt Leistung könnten Deutschland auf dem Weg in eine Wasserstoffwirtschaft ab 2026 voranbringen. Diese Strategie skizziert eine aktuelle, von Siemens, dem Netzbetreiber Tennet und der Deutschen Shell beauftragten Studie für einen forcierten Ausbau von Offshore-Windparks über das derzeitige 15-Gigawatt-Ausbauszenario bis 2030 hinaus. Der zusätzliche Windstrom wird jedoch nicht auf die ohnehin knappen Leitungskapazitäten im deutschen Stromnetz angewiesen sein.

Einmal an die Küste gelangt, fließt der Strom direkt in Elektrolyseanlagen, um Wasserstoff zu gewinnen. "Ein Ausbau-Turbo für den ertragreichen Offshore-Wind macht nur Sinn, wenn wir ihn an leistungsfähige Speichertechnologien wie Power-to-Gas koppeln", sagt Lex Hartman, ehemaliger Geschäftsführer von Tennet. Und für das ambitionierte Klimaziel für 2030 von mindestens 55 Prozent weniger CO2-Emissionen als 1990 dürfe das deutsche Potenzial der Erneuerbaren nicht verschenkt werden.

Wasserstoff kann dabei gleich mehrere Aufgaben erfüllen: Er speichert regenerativ erzeugte Energie kurz- und langfristig und kann zur Wärme- und Stromproduktion in Industrie, Haushalten und für die Elektromobilität genutzt werden. Und nicht zuletzt als Grundstoff für die chemische Industrie, dem heute mit Abstand größten Verbraucher von Wasserstoff. "Wasserstoff ist ein ideales Medium, um alle Sektoren zu koppeln", sagt Christopher Hebling, Experte für Wasserstofftechnologien am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg.

Selbst die Risiken für einen beherzten Schritt in die Wasserstoffwirtschaft sind längst überschaubar und eher gering. Von der Erzeugung über den sicheren Transport bis zur Nutzung des Gases sind die Technologien reif genug, um die nächste Entwicklungsstufe mit großtechnischen Anlagen im Megawatt-Maßstab anzugehen.

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Von zentraler Bedeutung ist dabei die Aufspaltung von Wasser mit Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Bei der Elektrolyse nehmen Wassermoleküle Elektronen auf und trennen sich dabei. An einer Elektrode (Kathode) verbinden sich vormals positiv geladene Wasserstoffionen zu neutralem H2-Wasserstoffgas. Zur zweiten Elektrode (Anode) wandern durch eine Membran negativ geladene Hydroxylgruppen (OH- ) und geben Elektronen ab. Dabei entsteht Wasser und neutrales Sauerstoffgas (O2). Seit Jahrzehnten läuft dieser elektrochemische Prozess mit flüssiger, elektrisch leitfähiger Kalilauge in bis zu einigen Megawatt großen Anlagen effizient ab. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 65 und 80 Prozent.

Zu dieser Alkali-Elektrolyse kommt sich seit einigen Jahren die etwas kompakter dimensionierte PEM-Elektrolyse (PEM steht für Proton Exchange Membrane). Bei dieser wandern positive Wasserstoffionen durch eine ins Wasser eingetauchte Membran. Auch diese Variante erreicht Wirkungsgrade um 80 Prozent. Doch PEM-Anlagen haben den Vorteil, dass sie schneller auf sich verändernde Stromflüsse reagieren als Alkali-Elektrolyseure. Das macht die Anwendung bei schwankender Stromproduktion besonders interessant.

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Aufbau von Elektroylseanlagen 
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Chevarez 28. Sep 2019

Tipp topp! Und was haben Luftschiffe mit Wasserstoff bei atmosphärischem Druck jetzt...

Chevarez 28. Sep 2019

Und dank der relativen Ungefährlichkeit von Wasserstoff haben dieses Unglück zig...

Chevarez 28. Sep 2019

Auf welchen Fakten basierst du diese Abschätzung der Zerstörung bei dem von dir...

VigarLunaris 26. Jul 2019

Gut betrüllt Löwe: Lesen - verstehen und bitte das herausbrüllen der Informationen auf...

magicteddy 23. Jul 2019

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