Wasserstoff
Wasserstoff ist ein strategischer Rohstoff, welcher für die für zunehmend CO2-arme Industrie von wesentlicher Bedeutung ist.
Vor dem Hintergrund der Energiewende und des ökologischen Wandels ist Wasserstoff ein Rohstoff für die Zukunft mit derzeit schnell wachsender Nachfage.
Wasserstoff, was ist das eigentlich?
Weit verbreitet
Wasserstoff ist das am weitesten verbreitete Elemente des Universums und der Hauptbestandtteil unserer Sonne sowie auch der meisten Sterne.
Natürlich
Er entsteht entweder auf natürliche Weise im Erdinneren, dann wird als “natürlicher Wasserstoff” bezeichnet, kann aber auch industriell hergestellt werden.
Selten alleine
Meistens verbindet sich Wasserstoff mit anderen chemischen Elementen zu vielen uns bekannten Molekülen (Wasser, Methan, Stärke, Zucker, Alkohol…)
Geruchslos
In seiner reinen Form ist Wasserstoff unsichtbar, geruchlos und ungiftig.
Das leichteste Element
Wasserstoff ist 14 Mal leichter als Luft. Es ist nicht nur das leichteste sondern auch das kleinste chemische Element und somit sehr flüchtig.
Eine Energiequelle
Wasserstoff enthält drei Mal mehr Energie als Benzin.
Wie kann Wasserstoff erzeugt werden?
Dampfreformierung
Der größte Teil des heute verbrauchten Wasserstoffs wird aus Erdgas (CH4) hergestellt. Das Verfahren der Dampfreformierung spaltet dabei das Methanmolekül auf. Mit Hilfe von Wasserdampf wird dabei Wasserstoff gewonnen. Als Nebenprodukt entsteht bei diesem Prozess jedoch auch Kohlendioxid.
Wir sprechen von grauem Wasserstoff, wenn das erzeugte CO2 ohne weitere Verwertung in die Atmosphäre abgegeben wird. Blauen Wasserstoff meinen wir, wenn das erzeugte Kohlendioxid abgetrennt und veredelt wird.
Wasserelektrolyse
Im Rahmen der europäischen Strategie zur Entwicklung von wenig CO2-intensivem Wasserstoff gibt es immer mehr Initiativen zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser. Bei dieser elektrochemischen Reaktion, die als „Wasserelektrolyse“ bezeichnet wird, wird Wasser unter Einsatz großer Strommengen in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.
Man spricht von grünem Wasserstoff, wenn der für diesen Prozess verwendete Strom aus erneuerbaren Energien stammt. Rosa Wasserstoff wiederum ist gemeint, wenn der Strom zur Wasserstofferzeugung aus Kernenergie gewonnen wird.
Kohlevergasung
Dieses Verfahren ist das älteste, das zur Herstellung von Wasserstoff in industriellem Maßstab eingesetzt wird. Bei der Vergasung werden die in der Kohle vorhandenen kohlenstoffhaltigen Elemente durch eine thermochemische Behandlung mit Dampf in Wasserstoff, Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt. Der Wasserstoff wird dann mithilfe spezieller Absorber oder Membranen von den anderen Elementen getrennt.
Man spricht in Abhängigkeit der verwendeten Kohleart von schwarzem oder braunem Wasserstoff. Diese Technik ist äußerst umweltschädlich, da das erzeugte Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid (CO) nicht wiederverwendet werden kann und regelmäßig in die Atmosphäre gelangt.
Gewinnung von Wasserstoff aus natürlichen Wasserstoffvorkommen
Im Erdinnern produziert unser Planet auf natürliche Weise Wasserstoff. Wir bezeichnen den vom Untergrund produzierten Wasserstoff als “weißen Wasserstoff” oder natürlichen Wasserstoff.
In diesem Fall stellt die Erde für uns den Wasserstoff her. Hier entsteht CO2-armer Wasserstoff ohne den Einsatz menschlicher Arbeit, ohne den Verbrauch kritischer Rohstoffe und ohne den Einsatz von kostbarem Trinkwasser. Auch deswegen kann “weißer Wasserstoff” sehr kosteneffizient gewonnen werden.
Blauer Wasserstoff:
45-8 ENERGYs Strategie
Die bisher im Projektbereich Guhlen durchgeführten Bohrungen und Tests haben eine stickstoffreiche Gasansammlung nachgewiesen. Diese ist mit einem signifikanten Helium- und Erdgasanteil verbunden. 45-8 ENERGY beabsichtigt daher die Entwicklung einer innovativen Anlage zur Produktion von Helium und blauem Wasserstoff vor Ort in Guhlen.
Der begrenzte Anteil an vorhandem Erdgas war bisher eine wirtschaftliche Herausforderung. 45-8 ENERGY sieht diesen wiederum als Chance für Innovationen. In seiner jetzigen Form sieht das Projekt die Erzeugung von Wasserstoff vor Ort durch Dampfreformierung (Steam Methane Reforming) vor.
Das dabei entstehende Kohlendioxid wird aufgefangen und umgewandelt und der regionalen Industrie zur Verfügung gestellt. Diese benötigt gereinigtes CO2 zum Beispiel für die Getränkeherstellung, Kryotechnik oder auch für Löschmittel. Bei CO2 handelt es sich um einen derzeit angespannten angespannten Markt und das Produkt wird häufig über weite Strecken importiert.
Wasserstoff in Zahlen
Quelle: Opportunities for Hydrogen Energy Technologies considering the National Energy & Climate Plans, Fuel Cells and Hydrogen, 2020
Der europäische Wasserstoffmarkt
Wasserstoffquellen nach Produktionsart in Europa
No Data Found
Quelle: economie.gouv.fr, France Hydrogène (AFHYPAC), IHS Markit, Les Echos
Anwendungsmöglichkeiten für Wasserstoff
Einsatz als chemischer Bestandteil:
Wasserstoff ist sehr reaktionsfreudig und verbindet sich daher sehr leicht mit anderen Elementen zu chemischen Verbindungen. In der Verbindung mit Stickstoff kann daraus Ammoniak hergestellt warden, welcher ein Ausgangsprodukt für Dünger ist, oder auch Nylon und verschiedene Kunststoffsorten.
Chemieindustrie
Wasserstoff wird bei der Raffination von Benzin zur Entfernung von Schwefel verwendet, um zu verhindern, dass bei der Verbrennung Schwefeloxide (SOx) freigesetzt werden. Diese Oxide tragen zur Luftverschmutzung bei und sind für bestimmte Erkrankungen der Atemwege verantwortlich. Kurz: Dank Wasserstoff verbrennt Benzin sauberer.
Raffination
Bei der Verbindung von Wasserstoff mit CO2 entsteht Methan („Erdgas“). Die sog. „Methanisierung“ hat insbesondere im Kontext von Wind- und Solarenergie an Bedeutung gewonnen, da diese regelmäßig eine Möglichkeit zur Speicherung des erzeugten Stromüberschusses erfordern.
Methanisierung
Einsatz als Energieträger:
Eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle erzeugt Strom und gibt dabei Wärme und Wasser ab. Neben ihrem Einsatz in Mobilitätslösungen kann diese Stromquelle auch abgelegene Gebiete und Industrieanlagen versorgen. Im Notfall kann Wasserstoff in kritischen Anlagen auch als Ersatzstromquelle dienen.
Elektrizität
Der große Nachteil von Solarkraft und Windenergie: sie sind unstetig und produzieren manchmal mehr Strom als das Netz aufnehmen kann. Dieser überschüssige Strom kann im Rahmen der Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden, der dann im Bedarfsfall über eine Brennstoffzelle wieder in Strom umgewandelt warden kann.
Energiespeicherung
Der in einer Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff ermöglicht die direkte Stromerzeugung in einem von einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeug (Auto, Zug, Lastwagen usw.). Diese "Null-Emission"-Fahrzeuge stoßen nur eine Sache aus: Wasser.
Mobilität
Als Treibstoff
Seit den Anfängen der Raumfahrtindustrie spielt Wasserstoff als Raketentreibstoff eine wichtige Rolle. Er ist der Treibstoff mit der höchsten Energiedichte, ein Kriterium von größter Bedeutung, da eine Rakete so leicht wie möglich sein muss.
Raumfahrt
Wasserstoff wird in der Metallurgie in Wärmebehandlungsöfen verwendet, die es ermöglichen mechanische Teile herzustellen (zum Beispiel Sintern) oder deren Eigenschaften zu verändern.
Metallurgie
