Während die Preise für erneuerbare Energien sinken und die Speichertechnologien reifen, zieht der Kraftstoff für Wasserstoff neue Aufmerksamkeit auf sich. Bianca Nogrady berichtet.
Jorgo Chatzimarkakis tankte an einer der über 50 Tankstellen in ganz Deutschland, als sich ein Tesla-Fahrer näherte, der sein eigenes Auto auflud. ?
Der Mann war aufgeregt, ein wasserstoffbetriebenes Auto in Aktion zu sehen, und war voller Fragen. Chatzimarkakis, Generalsekretär von Hydrogen Europe, beantwortete sie gerne und die beiden redeten einige Minuten.
Aber bis dahin war das Wasserstoffauto voll betankt, während der Tesla-Fahrer noch lange warten musste, während seine Batterie aufgeladen wurde.
"Das ist Realität", sagt Chatzimarkakis. "Heutzutage sind die Tankstellen bereit, das Auto ist bereit, ich kann meine Reise von der Schweiz nach Dänemark und nach Norwegen problemlos planen."
Die Vision einer wasserstoffbetriebenen Welt hatte mehr Beinaheunfälle als Wile E. Coyote. Der britische Genetiker J.B.S. Haldane stellte sich ein Netzwerk von Wasserstoff erzeugenden Windmühlen vor, die Großbritannien antreiben, aber daraus wurde nichts. Im Jahr 1970 verwendete der in Südafrika geborene Elektrochemiker John Bockris in einer Rede zunächst den Begriff ?Wasserstoffwirtschaft? und veröffentlichte später ein Buch, in dem beschrieben wurde, wie eine Welt mit Sonnenenergie mit Wasserstoff aussehen könnte. Aber wieder hat sich nichts geändert. Der amerikanische Wirtschafts- und Sozialtheoretiker Jeremy Rifkin argumentierte im Jahr 2002, dass Wasserstoff Öl ersetzen könne und die Zukunft der Energie in wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen liege.
Die Industrie sei aber noch nicht fertig, sagt Chatzimarkakis. "Es war wirklich sehr zutreffend, was Jeremy Rifkin gesagt hat, aber Politiker und Journalisten wollen immer den Beweis sehen", sagt er. "Und zu dieser Zeit war es noch lange nicht realisiert, weil die Forschung nicht weit genug fortgeschritten war."
Vielleicht ist endlich der Moment von Wasserstoff gekommen.
Japan plant, die Olympischen Spiele 2020 in Tokio zur Präsentation seiner Vision einer Wasserstoffgesellschaft zu nutzen, und hat 348 Millionen US-Dollar in die Errichtung von Wasserstofftankstellen und anderer Infrastruktur investiert. Deutschland hat die weltweit ersten wasserstoffbetriebenen Züge in Betrieb genommen, um eine wachsende Anzahl von Wasserstofftankstellen im ganzen Land zu ergänzen. Die Schweiz kauft 1.000 mit Wasserstoff betriebene Lastwagen, Norwegen verfügt seit 2006 über Wasserstofftankstellen und Südkorea investiert in den nächsten fünf Jahren 2,33 Milliarden US-Dollar in die Schaffung von Wasserstofftankstellen, Brennstoffzellenfahrzeugen, Brennstoffzellenbussen und Wasserstoffspeicher Systeme. In Australien wurden sowohl seine nationale Wissenschaftsagentur CSIRO als auch der leitende Wissenschaftler Alan Finkel getrennt von ihren Visionen für eine wasserstoffbetriebene Nation und Exportindustrie berichtet.
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Der Coradia iLint bietet seit 2018 in Deutschland einen mit Wasserstoff betriebenen Personentransport an.
Im Zentrum der Wasserstoffwirtschaft steht die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten - ein Vorgang, der als Elektrolyse bezeichnet wird. Dieser "grüne Wasserstoff" kann dann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet werden, und die Brennstoffzellen können einzeln zum Fahren von Fahrzeugen oder in Stapeln verwendet werden, um ein Netz zu unterstützen oder sogar zu betreiben. Das Beste von allen ist, dass die von Wasserstoffbrennstoffzellen erzeugten Abgase Wasser sind, das eines Tages zurückgewonnen und erneut für die Elektrolyse recycelt werden könnte.
Wirtschaft und Klima
Was hat sich also geändert, um den Wasserstoff schließlich in den Vordergrund der globalen Energiepläne zu bringen? Jenny Hayward, leitende Wissenschaftlerin am CSIRO und Co-Autorin der National Hydrogen Roadmap für 2018, sagt, günstigere Wirtschaftswissenschaften spielten eine wichtige Rolle.
"Die Produktion ist in den Kosten gesunken, aber auch die Nutzung ist gesunken", sagt Hayward. Der Preis für Strom aus Sonnenenergie und Wind ist nicht nur dramatisch gesunken, auch die Elektrolyseur-Technologien sind deutlich billiger, umfangreicher und effizienter geworden. Gleichzeitig verbessern sich auch Wasserstoff-Brennstoffzellen sowohl hinsichtlich Effizienz als auch Kosten.
Ein weiterer wichtiger Treiber ist die zunehmende Dringlichkeit für erhebliche Reduktionen der Treibhausgasemissionen, sagt John Andrews, ein Experte für nachhaltige Energie und Professor an der RMIT University in Melbourne, Australien.
"Es ist so wichtig, dass die Einführung an die Lösung des Klimawandels gebunden bleibt", sagt Andrews. ?Es geht nicht nur darum, einen alternativen Kraftstoff zu erhalten. Es ist eine Frage eines emissionsfreien Kraftstoff- und Energiesystems. "
Die Anpassung von Wasserstoff als Kraftstoff voranzutreiben war nicht einfach. Trotz der jahrhundertealten Suche nach einer Wasserstoffwirtschaft sind einige bedeutende technologische Herausforderungen zu bewältigen, um diesen Punkt zu erreichen - und es ist noch am Anfang.
Lösen des Speicherproblems
Ein Schlüsselproblem bei der Verwendung von Wasserstoff für den Transport war die Lagerung. Erst vor kurzem ist es möglich geworden, Wasserstoff in einen Container zu komprimieren, der klein genug und leicht genug ist, um in den Rücken eines PKW zu passen, während er noch genug Energie enthält, um das Fahrzeug auf mindestens 300 Meilen zu tanken.
"Es wurde immer davon ausgegangen, dass es sehr schwierig sein würde, eine Wasserstoffspeicherung zu erhalten, die die Ziele des US-Energieministeriums für die Verwendung mit Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen übertreffen könnte", sagt Andrews. Dann kam die Entwicklung eines Hochdruckwasserstofftanks aus modernen Verbundwerkstoffen, der die Anforderungen erfüllen und sogar übertreffen konnte.
?Ich denke, die Leute mussten sich aufrichten und sagen: Ja, es ist möglich, eine Form der Lagerung zu haben, die verwendet werden könnte, um Wasserstoff an Bord eines Fahrzeugs zu transportieren und eine Reichweite zu erzielen, die mit herkömmlichen Autos vergleichbar ist, und eine Nachfüllzeit haben - dies ist kritisch Vorteil von Wasserstoff - von nur wenigen Minuten ?, sagt er.
Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge entsprechen oder übertreffen sogar die Reichweite herkömmlicher Benzin- oder Dieselfahrzeuge. Toyota behauptet, dass sein Mirai etwa 312 Meilen von einem Wassertank entfernt ist. Dies macht sie für Fernreisen weitaus attraktiver als ein elektrisch batteriebetriebenes Fahrzeug.
Sie macht sie auch zu einer praktikablen Option für Fahrzeuge, die stärker arbeiten, sagt Lisa Ruf, Koordinatorin von Hydrogen Mobility Europe und Hauptberaterin bei Element Energy in Großbritannien.
"Im Betrieb für Lastwagen, für Taxis, für Rettungsdienste müssen Sie die Reichweite und Tankzeit haben, die herkömmlichen Fahrzeugen ähnelt", sagt sie unter Berufung auf die London Metropolitan Police, die in diesem Jahr 11 Wasserstoff erworben hat Brennstoffzellenautos.
Das Gitter füttern
Laut Morry Markowitz, Präsident der Brennstoffzellen- und Wasserstoff-Energie-Vereinigung in den USA, wird Wasserstoff auch als Weg zur Aufrechterhaltung der Stabilität eines erneuerbaren Stromnetzes untersucht.
"Da die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht weht, haben erneuerbare Energieträger ein Unterbrechungsproblem. Sie müssen also einen Weg finden, die erzeugten Elektronen effektiv zu speichern", sagt er. Überschüssiger Strom kann zum Antreiben der Elektrolyse und zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden, der in Brennstoffzellenfahrzeugen oder stationären Brennstoffzellen verwendet oder für den Transport gespeichert werden kann.
Dieses Szenario ist besonders für abgelegene Gebiete interessant, beispielsweise für Outback-Städte in Australien, die ansonsten von Dieselgeneratoren abhängig sind. Die Energieversorgung von Städten mit einer Kombination aus erneuerbaren Energien und Wasserstoffspeicherung könnte schon bald wirtschaftlich werden, zumal der Dieselpreis steigt, sagt Hayward.
Die Gasunternehmen sehen Wasserstoff auch als mögliche Alternative zu Erdgas, die die vorhandene Infrastruktur nutzen könnte. ?Das wäre fantastisch; dann verlassen sie sich nicht darauf, dass Lastwagen mit Diesel kommen, sondern brauchen nur ihre erneuerbaren Energien ?, sagt sie. "Sie könnten ein System haben, bei dem sie über eine Brennstoffzelle verfügen und das Wasser zurückgewinnen. Es handelt sich also um ein in sich geschlossenes System."
Gasunternehmen sehen Wasserstoff auch als mögliche Alternative zu Erdgas, die die vorhandene Infrastruktur nutzen könnte.
"Insbesondere wenn wir hohe Emissionsminderungsziele erreichen wollen, wird die gesamte Gasinfrastruktur dort nicht genutzt", sagt Hayward. "Was in den Gasverteilungsnetzen interessant ist, wenn sie aus PVC-Rohren bestehen, können Sie zu 100 Prozent aus Wasserstoff bestehen, obwohl Geräte und Zähler geändert werden müssten."
Der Hindenburg-Effekt
Es ist unmöglich, über Wasserstoff zu sprechen, ohne den Blimp im Raum anzusprechen, was Markowitz den "Hindenburg-Effekt" nennt. Das spektakuläre wasserstoffbetriebene Inferno der Hindenburg-Luftschiffkatastrophe in New Jersey im Jahr 1937 ist immer noch von der Wasserstoffindustrie geprägt In den Diskussionen über die Wasserstoffwirtschaft wird zwangsläufig die Frage der Entflammbarkeit und Sicherheit von Wasserstoff thematisiert.
Markowitz sagt jedoch, dass die Wasserstofftechnologie heute weit von der Wasserstofftechnologie dieser Zeit entfernt ist.
"Fortgeschrittene Materialien wie Kohlefasertanks, Sensoren, Computer und andere Dinge haben sich so dramatisch verbessert. Die Sicherheit für Wasserstoff sollte nicht einmal ein Problem sein", sagt er. "In der Transportbranche und in anderen Bereichen erfüllen oder übertreffen Wasserstofffahrzeuge alles, was heute unterwegs ist."
Es gibt auch Bedenken, dass eine erhöhte Aufnahme von Wasserstoff die Ozonschicht beeinflussen könnte. In einer Studie aus dem Jahr 2003 wurde vorgeschlagen, dass ein Austreten des Gases in die Atmosphäre mit Sauerstoff zu Wasserdampf reagieren kann, wenn die gesamte Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen durch Wasserstoff ersetzt wird, wodurch die Ozonschicht erheblich zerstört werden kann.
Ein weiterer häufiger Kritikpunkt an Wasserstoff ist, dass immer noch eine beträchtliche Menge mit fossilen Brennstoffen produziert wird. In den Vereinigten Staaten wird der meiste Wasserstoff über ein als Erdgas-Reforming bezeichnetes Verfahren hergestellt, bei dem Erdgas mit Hochtemperaturdampf zu Wasserstoff, Kohlenmonoxid und einer geringen Menge Kohlendioxid umgesetzt wird. Es kann auch durch Vergasung von Braunkohle hergestellt werden, was auch zu einer CO2-Produktion führt.
"Wenn Sie einer dieser Routen folgen, um Wasserstoff zu erhalten, gibt es einige Kohlendioxidemissionen, die von diesen Routen ausgehen. Daher können Sie diese Zero-Emission nur erreichen, wenn Sie diese mit der Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid koppeln", sagt Andrews. "Und das ist immer noch eine große Frage, ob dies machbar ist, ob es sicher ist und wir das Kohlendioxid Tausende von Jahren unter Wasser halten können und ob es jemals wirtschaftlich sein kann."
Gemessener Ansatz
Diskussionen über Wasserstoff seien dringend geboten, was die weit verbreitete Erkenntnis widerspreche, dass der Transport dekarbonisiert werden müsse, so Ruf. Sie argumentiert, dass, obwohl es eine Reihe von Lösungen auf dem Tisch gibt, Wasserstoff in der Lage ist, Probleme zu lösen, die andere Technologien nicht so einfach oder kostengünstig lösen können.
Während das Potenzial von Wasserstoff jedoch sehr aufregend ist, empfiehlt Ruf auch einen gemessenen Ansatz.
"Das Problem, das wir als Sektor für die Unterstützung der Wasserstoffbrennstoffzellen-Technologie haben, ist, dass wir uns vor dem Trubel hüten und die Erwartungen beherrschen müssen", sagt sie. ?Dies erfordert Zeit und Investitionen. Es wird nicht über Nacht passieren, aber langfristig ist es eine sehr gute Lösung. "
https://cosmosmagazine.com/technology/...-fuel-is-back-in-the-picture
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