Die Hannover Messe hat gezeigt: Wasserstoff boomt. Nicht umsonst wurde dem Thema eine komplette Halle gewidmet. Unterschiedlichste Branchen und Unternehmen arbeiten aktiv mit dem umweltfreundlichen Energieträger. Wasserstoff ist schon lange kein einfaches Buzzword mehr und spielt beispielsweise im Anlagenbau bereits eine große Rolle.
Wasserstoff eröffnet viele Möglichkeiten für eine nachhaltige Mobilität. Neben dem emissionsfreien Betrieb von Schwerlastfahrzeugen im Automobilsektor eignet sich Wasserstoff ebenso als geeigneter Antrieb im Schienen-, Flug- und Schiffverkehr. Auch für die vermehrt dieselbetriebenen Bergbau- und Landmaschinen bietet H2 eine ökologische Alternative. Überall dort, wo lange Reichweiten bei hohem Gewicht gefordert sind, spielen Brennstoffzellen gegenüber batteriebetriebenen Fahrzeugen ihre Stärken aus – auch bei Flug- und Seefahrzeugen. Zwischen den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, von der Automobil-, über die Chemie- bis zur Lebensmittelindustrie, fällt besonders seine elementare Rolle im Anlagenbau auf. Denn um Wasserstoff in den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten nutzen zu können, muss zunächst die Wertschöpfung von H2 von der Erzeugung bis zur Speicherung sichergestellt werden.
Grüner Wasserstoff durch Elektrolyse
Als breitgefächerte Branche hat der Anlagenbau viele Einsatzgebiete rund um Wasserstoff. Eines der wichtigsten, ist die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyseuren.
Im Gegensatz zur Brennstoffzelle, in der mithilfe von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie entsteht, wird bei der Elektrolyse Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Hierbei kommt es unter Verwendung von elektrischem Strom zu der chemischen Reaktion eines Elektrolyten, sodass bei dem Vorgang elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird. Wird der Strom bei der Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Sonnenenergie (Photovoltaik) gewonnen, gilt er als klimaneutral. Die Elektrolyse ermöglicht somit eine CO2-freie Herstellung von „grünem“ Wasserstoff. Dementsprechend sind Elektrolysesysteme zunehmend gefragter.
Um die Wasserstofftechnologie jedoch zukunftsfähig zu gestalten, ist es erforderlich, die Elektrolysetechnik zu industrialisieren und den Aufbau von Fertigungskapazitäten voranzutreiben. Diese Thematik wird von Forschungsprojekten wie „H2Giga“ behandelt, die die Serienproduktion von derzeit noch überwiegend in Handarbeit hergestellten Wasserelektrolysesystemen adressieren. Das Projekt verfolgt einen modernen und effizienten Ansatz der Serienfertigung, der grünen Wasserstoff noch wettbewerbsfähiger macht. Zu diesem Zweck berücksichtigt das Verfahren die Recyclingfähigkeit und Flexibilität der Elektrolyseure. Ein Innovationspool soll im Rahmen dessen die kontinuierliche Optimierung des Projekts sicherstellen, damit die Nachfrage nach Wasserstoff auch zukünftig optimal gedeckt werden kann.
Herausforderungen in der Speicherung von Wasserstoff
Die Problematik beim Einsatz von H2 liegt vor allem in den Speicher- und Distributionsmöglichkeiten. Für die Speicherung und anschließende Nutzbarmachung gibt es mehrere Lösungen: Die Aufbewahrung als komprimiertes Gas oder im flüssigen Zustand ist am meisten verbreitet. Damit Wasserstoff in Gasform überhaupt als Energiequelle einsetzbar wird, sind Kompressoren nötig. Sie erhöhen die Energiedichte des feinen Gases mit einem hohen Druck von bis zu 1.000 bar.
Um den grünen Kraftstoff als Gas zu speichern, sind folglich spezielle Tanks notwendig, die diesem Druck standhalten können. Am gängigsten sind Druckbehälter. Hier wird in Typen I bis V unterschieden. Der klassische Stahl- oder Aluminiumbehälter (Typ I) findet bei Nenndrücken bis 300 bar seinen Einsatz. Großes Potential besitzen Leichtbaudruckbehälter (Typ III und IV) bis 1000 bar. Selbstverständlich muss das gesamte System inklusive aller Transferleitungen zur Betankung absolut leckagefrei sein, da H2-Moleküle die kleinsten der Moleküle und daher sehr flüchtig sind. Flüssiger Wasserstoff wird hingegen unter geringem Druck in gasförmigem Zustand in ein Vakuum geleitet und dort unter großem Energieaufwand auf -253 °C heruntergekühlt. Daneben kann Wasserstoff auch in chemischer Verbindung mit Metall in einem Hybridspeicher gelagert werden. Die Methode der Metallhybridspeicherung ist jedoch weitaus weniger üblich.
Fest steht: Es gibt noch viel zu tun, um das gesamte Potenzial von Wasserstoff für den Anlagenbau auszuschöpfen. Die existierende Wasserstoffwirtschaft und zahlreiche Projekte wie das beschriebene H2Giga-Projekt zeigen, dass bestehende Anlagen den deutschen Bedarf an Wasserstoff noch nicht decken können. Der DWV – Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband – schreibt dazu in seinem Infoschreiben „Wasserstoff für eine nachhaltige Energiewirtschaft“, dass es vor allem darum ginge, höhere Ausbauziele für erneuerbare Energien und Elektrolyseure von der Bundesregierung zu fordern und kurzfristig umzusetzen. Nur durch den Ausbau der notwendigen Produktionskapazitäten und Stromerzeugungsanlagen kann die Elektrolyseleistung in Deutschland signifikant gesteigert – und damit auch die ambitionierten Klimaziele erreicht werden.
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