Dass Wasserstoff der Energiespeicher der nächsten Zukunft wird, zieht kaum noch jemand in Zweifel. Doch zwischen regenerativ produziertem Strom und seinem Einsatz in Verkehr, Wärme und Industrie gibt es noch einige Hürden zu bewältigen.
Wasserstoff und seine Derivate wie Methanol oder Ammoniak sind Speicher für den elektrischen Strom. Wasserstoff macht die aus Sonne und Wind gewonnene Energie „transportabel“.
Stand der technischen Entwicklung ist der Einsatz von Brennstoffzellen zur Rückumwandlung des Wasserstoffs in elektrischen Strom und Wärme. Daneben werden die ersten Motoren und Turbinen für den Einsatz von Wasserstoff als direkter Brennstoff entwickelt und die Umwandlungsverluste bei der Herstellung von Methanol oder Ammoniak aus Wasserstoff werden durch neue Technologien weiter reduziert.
Doch ohne eine Technologie ist dieser Nutzung von Wasserstoff nicht möglich: die Elektrolyse. Denn nur durch diese Technologie kann man den an sich reichlich auf unserem Planeten vorhandenen Wasserstoff auch nutzbar machen.
Dazu wird mit Hilfe des elektrischen Stroms das simple Wassermolekül H2O in seine beiden Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff getrennt. Der Sauerstoff geht dabei in die Atmosphäre und der Wasserstoff kann in Druckbehältern oder in verflüssigter Form zu den Abnehmern transportiert werden.
Ohne Elektrolyse geht es nicht
Ohne Elektrolyse also keine klimaneutral betriebene Brennstoffzelle. Denn bislang wir der Großteil des verfügbaren Wasserstoffs noch aus Erdgas gewonnen.
Die Elektrolyse ist eine sehr alte Technologie und Unternehmen wie ThyssenKrupp Nucera bieten seit Jahrzehnten entsprechende Anlagen an. Diese dienten bislang jedoch nicht vornehmlich der Gewinnung von Wasserstoff für Brennstoffzellen, sondern produzierten z.B. den heiß begehrten chemischen Grundstoff für die Düngemittelherstellung.
Neben diesen Großanlagenbauern entstanden in den letzten wenigen Jahren weitere Unternehmen und vor allem auch anders geartete Elektrolyse Verfahren. Das sogenannte „Uhde-Verfahren“ von ThyssenKrupp basiert auf einer alkalischen Elektrolyse, während Unternehmen wie die ITM Linde Electrolysis GmbH oder NEL Electrolysers auf die PEM-Elektrolyse setzen. Eine eher geringe Rolle spielen im Moment Verfahren wie die SOEC (Solid Oxyd Electrolyse, bei der bei Temperaturen deutlich über 500°C Wasser aufgespalten wird) oder AEM (Anionenaustauschmembran, Fa. Enapter).
Ob nun die alkalische Elektrolyse oder die PEM Elektrolyse eingesetzt wird, hängt in großem Maße von der Beständigkeit der Stromversorgung ab. Die alkalische Elektrolyse reagiert empfindlich auf Stromschwankungen, während die PEM-Elektrolyse erheblich besser mit dem schwankenden Stromangebot aus regenerativen Quellen zurechtkommt.
Unabhängig von der Technologie ist klar, dass die bisherige Leistungskapazität nicht mal ansatzweise ausreicht, um der Wasserstoff-Wirtschaft den entscheidenden Schub zu vermitteln. Denn erst ein attraktiver Preis pro Energieeinheit macht den grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig. Dazu braucht es den Ausbau der regenerativen Energiequellen, aber auch und vor allem den Ausbau der Fertigungskapazitäten. Ganz nebenbei werden durch die „Economic of Scale“ die Elektrolyse-Anlagen und die Produktion des Wasserstoffs nachhaltig günstiger.
Gemeinsames Vorgehen in Europa
Im Mai 2022 haben deshalb die EU-Kommission unter Leitung von Binnenmarktkommissar Thierry Breton und 20 Vorstandsvorsitzenden der Industrie in einer gemeinsamen Erklärung vereinbart, die Produktionskapazitäten für Elektrolyseure bis 2025 zu verzehnfachen. Dieses massive Scale-up wird von der EU-Kommission unterstützt und soll die Führungsrolle Europas bei den sauberen Energietechnologien der Zukunft unterstreichen. Bis 2030 soll so das Ziel erreicht werden, jährlich etwa 10 Millionen Tonnen Wasserstoff zu produzieren.
Drei Jahre für den enormen Ausbau von Fertigungskapazitäten stellen für viele der eher kleinen Elektrolyseanlagen-Hersteller eine massive Herausforderung dar. Dennoch ist man sehr zuversichtlich, das angepeilte Ziel zu erreichen.
Die Mitunterzeichner der Erklärung sind Hydrogen Europe, Advent, Bosch Powertrain Solutions, Convion, Cummins Electolyzers, De Nora, Elogen, Enapter, Geniva, Green Hydrogen Systems, Helbio, H2B2, Hystar, John Cockergill, McPhy, NEL, Siemens Energy, SolidPower, Sunfire, Thyssenkrupp Nucera und Topsoe aus Norwegen.
Wenn man von regenerativ gewonnener Energie spricht, dann gilt die Aussage „Ohne Elektrolyse keine Brennstoffzelle“ eigentlich zu 100%. Darum ist der Aufbau einer europäischen Elektrolyse-Industrie noch vorrangiger wie die baldige massenhafte Fertigung von Brennstoffzellen-Stacks für Strom, Wärme und Antrieb in Industrie, Wohnraum und Verkehr.
01/2023 © Gerald Friederici