Читать книгу Wasserstoff und Brennstoffzellen - Sven Geitmann - Страница 22

Dass dem Wasserstoff beim Thema Energie in den kommenden Jahren eine zunehmende Bedeutung beigemessen werden muss, ist mittlerweile kaum noch zu übersehen, auch wenn die Entwicklung nicht ganz so rasch voranschreitet, wie noch vor wenigen Jahren prognostiziert wurde. Im Zusammenhang mit einer zukünftigen Wasserstoff-Wirtschaft fällt insbesondere der Sonne eine zentrale Bedeutung zu, weswegen häufig von der „solaren Wasserstoff-Wirtschaft“ gesprochen wird. Ein erstes so benanntes Konzept hatte seine Ursprünge bereits in den fünfziger Jahren.

Die Sonne ist die größte und ergiebigste Energiequelle, die der Menschheit aus heutiger Sicht zur Verfügung steht. Selbst in der Entfernung, in der die Erde um die Sonne kreist (150 Mio. Kilometer), liefert sie ohne Unterlass enorme Energiemengen in Form von Strahlungsenergie.

Die Sonne spendet unserem Globus Tag für Tag die 15.000-fache Menge des täglichen Primärenergie-Bedarfs der gesamten Erdbevölkerung. So ließe sich zum Beispiel mit Solar-Kraftwerken auf einer Fläche von 3 Prozent der Sahara der Energiebedarf Europas und Afrikas decken.

Hinter dem Begriff „solare Wasserstoff-Wirtschaft“ verbirgt sich die Idee, dass die Sonnenenergie nicht nur genutzt wird, um über Photovoltaik Strom oder über Solarthermie warmes Wasser zu erzeugen. Der eigentliche Ansatz ist vielmehr, die Sonnenenergie zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden.

Da Wasserstoff als Element ungebunden in der Natur nicht vorkommt und nur unter Energieeinsatz erzeugt werden kann, stellt sich die Frage, wo die benötigte Energie für die Erzeugung von Wasserstoff herkommen kann. Der beste Weg wäre der Einsatz von Sonnenenergie für die Wasserstoff-Herstellung, da dies ein durchweg ökologisches Verfahren wäre. Der auf diese Weise sauber produzierte Wasserstoff kann nach der Herstellung transportiert werden und an anderer Stelle unter Energiefreisetzung wieder verbrannt werden. Bei der Verbrennung entsteht (fast) nur Wasser, so dass kaum Umweltprobleme auftreten.

Welchen Sinn macht aber dann überhaupt die Erzeugung von Wasserstoff? Dies ist eine häufig gestellte Frage und kann damit beantwortet werden, dass mit Hilfe von Wasserstoff eine relativ effiziente Speicherung von elektrischer Energie möglich ist, woran es bisher mangelt. Strom als edelste Energieform ist nur begrenzt speicher- und transportierbar, so dass beispielsweise Solarstrom nachts nicht zur Verfügung steht. Würde hingegen der tagsüber erzeugte Photovoltaik-Strom zur Wasserstoff-Herstellung herangezogen werden, stünde dieser rund um die Uhr zur Verfügung.

Konkret würde eine solare Wasserstoff-Wirtschaft so aussehen, dass nichtfossile Primärenergie (Sonnenenergie) zuerst umgewandelt wird in Sekundärenergie (Strom). Mithilfe dieser Energie könnte dann Wasserstoff (Elektrolyse) erzeugt werden. Wasserstoff stünde dann als Sekundär-Energieträger zur Verfügung, der entweder direkt genutzt oder über weite Strecken transportiert werden könnte.

Zur Herstellung von Wasserstoff ist relativ viel Energie notwendig, da jedes Wasserstoff-Atom eine hohe chemische Bindungsenergie besitzt. Würde man für die Energie, die für die Auflösung des Molekülverbandes notwendig ist, Sekundärenergie aus fossilen Energieträgern verwenden, hätte dieses Konzept kaum Vorteile gegenüber dem konventionellen System. Es wäre sogar ökologisch betrachtet unsinnig, langfristig Kohle zur Energiegewinnung unter Schadstoff-Ausstoß zu verbrennen, um mit der daraus gewonnenen Energie Wasser aufzuspalten, damit dann Wasserstoff als „schadstofffreier Energieträger“ genutzt werden kann.

Stattdessen muss bereits bei der Erzeugung von Wasserstoff ein alternatives Konzept verfolgt werden, wie es die solare Wasserstoff-Wirtschaft vorsieht. Anstelle der Sonnenenergie kann selbstverständlich auch jede andere erneuerbare Energiequelle genutzt werden (z. B. Windenergie, Wasserkraft, Erdwärme, Bioenergie).

Es gibt bereits seit Jahren Überlegungen, im Sonnengürtel der Erde (z. B. Sahara) große Solaranlagen einzusetzen und den erzeugten Solarstrom für die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse zu verwenden. Es ist allerdings immer noch nicht klar, ob der direkte Stromtransfer mit Überlandund Unterseekabel durch das Mittelmeer nach Europa günstiger wäre oder der Transport mit Wasserstoff-Tankern. Außerdem ist ein derartiges Vorhaben nur möglich, wenn die politische Lage in den betreffenden Regionen friedlich und stabil ist. Gleiches gilt selbstverständlich auch für Windkraft-parks in Argentinien oder Wasserkraftwerke in Kanada.

Eine Studie der TU München aus dem Jahr 2000 besagt allerdings, dass die Wasserstoff-Produktion mit Hilfe von Elektrolyse und Solarstrom aus Nordafrika zumindest die geringsten Kohlenstoffdioxid-Emissionen erzeugt, noch weniger als vergleichsweise in Deutschland erzeugter Wasserstoff, der in dezentralen Biomasseanlagen gewonnen wurde. Bei den Kosten ist es genau umgekehrt, weswegen unter anderem von verschiedener Seite gefordert wird, die Forschung und Entwicklung bei der Biomassevergasung voranzutreiben, da das Verhältnis zwischen Kosten und Nutzen bei dieser Technologie vielversprechend sei. [wiba, 2003]

Dort, wo es möglich ist, sollte selbstverständlich die Sonnenenergie direkt genutzt werden, um somit die Umwandlungsverluste zu minimieren. Eine Zwischenspeicherung der Sonnenenergie in Wasserstoff ist allerdings in vielen Fällen notwendig und hilfreich, um Versorgungslücken zu vermeiden und Lastschwankungen kompensieren zu können.

Es wird deutlich, dass dies ein sehr weites Feld ist, das einiger Zeit für die Umsetzung bedarf. Vorerst wird deswegen noch auf absehbare Zeit ein Energie-Mix aus unterschiedlichen Energiequellen die Versorgung sicherstellen.