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Energiespeicherung, Teil 3 Wasserstoff gewinnen und speichern – Schlüsseltechnologie bei der Energiewende?

ee-technik-admin / Montag, der 1. Juni 2015

Im ersten Teil unserer Blogserie zum Thema „grünen Strom speichern“ haben wir uns mit den unterschiedlichen Modellen sowie ihren Vor- und Nachteilen auseinandergesetzt. Praktisch zeitgleich hat der Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE) gemeinsam mit der Hannover Messe die Ergebnisse seiner Auftragsstudie veröffentlicht, die den positiven Beitrag dezentraler Batteriespeicher zur Integration erneuerbarer Energie in das Stromsystem unterstreicht. Thema des zweiten Teils unserer Serie.

 

Wasserstoff zu gewinnen und zu speichern kann zu einer Schlüsseltechnologie der Energiewende werden. Allerdings gibt es noch einige Hürden zu überwinden, die aber derzeit weniger technologisch als politisch begründet sind.

WASSERSTOFF ALS ENERGIETRÄGER

 

Das leichte und geruchlose Gas Wasserstoff ist in nahezu unbegrenzten Mengen auf der Erde vorhanden, allerdings fast immer in chemischen Verbindungen. Wasserstoff selbst ist also keine Energiequelle, sondern ein Energieträger mit dessen Hilfe man Energie transportieren und speichern kann. Will man diese Energie umweltfreundlich erzeugen, muss man dabei auf regenerative Energien zurückgreifen.

 

Seit etwa 10 Jahren gibt es bereits eine ganze Reihe von Verfahren, um Wasserstoff zu erzeugen, am weitesten entwickelt waren rückblickend das sogenannte Reformierungsverfahren (Reformierung von Erdgas) und die Wasser-Elektrolyse (unter Zusatz einer Flüssigkeit, die den Ionentransport ermöglicht wird Wasser in die beiden Bestandteile H2 und O2 zerlegt).

Für das spätere Speichern ist es ein Vorteil, dass Wasserstoff sich leicht transportieren lässt. Entweder, indem man ihn ähnlich wie Erdgas unter hohem Druck zusammenpresst und in verschiedenen Arten von Druckspeichern vorrätig hält, in flüssiger Form in vakuumisolierten Behältern oder auch indem man ihn in Metallen auf molekularer Ebene einlagert.

 

Genau aufgrund dieser beiden Eigenschaften, leicht zu transportieren und leicht zu speichern, wird derzeit sozusagen an der nächsten Entwicklungsstufe geforscht, Wasserstoff in verschiedenen Bereichen als Energieträger einzusetzen.

 

KÜNSTLICHE PHOTOSYNTHESE – DIE LÖSUNG?

Die Idee ist nicht gänzlich neu, der Erfolg eher mäßig. 2013 ist den Forschern des Helmholtz-Zentrums in Berlin und der TU Delft allerdings ein Durchbruch gelungen. Der Spiegel vom 25. August 2013 berichtet: „Mit einer einfachen Solarzelle sei es gelungen, fast fünf Prozent der Solarenergie chemisch in Form von Wasserstoff zu speichern. Die verwendete Solarzelle sei deutlich einfacher aufgebaut als die sonst eingesetzten Hochleistungszellen und komme ohne teure Halbleiter aus, schreiben Roel van de Krol und seine Kollegen im Fachblatt „Nature Communication“.“

Zum ersten Mal ist hier eine sehr leistungsfähige Speicherzelle aus der Kombination von chemisch stabilen und kostengünstigen Metalloxiden sowie einer sehr guten Silizium-Dünnschicht-Solarzelle entstanden. Statt der eher umständlichen und kostenintensiven Elektrolyse könnte man den Wasserstoff direkt in der Zelle erzeugen. Über die in der Zelle generierte Spannung kann man die Wassermoleküle nämlich ebenfalls aufspalten – und dazu noch einen sehr viel höheren Wirkungsgrad erzielen.

Das ist besonders interessant im Hinblick auf die Frage wie sich die Energien aus Wind und Sonne möglichst effizient speichern lassen. Ein solches System könnte ziemlich viel Energie in Form von Wasserstoff zwischenspeichern und nach Bedarf zur Verfügung stellen. Das wäre ein enormer Gewinn für die Erneuerbaren.

DIE PROZESSKETTE DES WASSERSTOFFS ALS SCHLÜSSELTECHNOLOGIE FÜR DIE ENERGIEWENDE

„Wasserstoff hilft der Energiewende“ – so ist ein Beitrag in den VDI-Nachrichten vom 22. Mai 2015 überschrieben. Unsere obige exemplarische Bilanz legt ähnliches nahe: Das Gewinnen und Speichern von Wasserstoff kann zu einer der Schlüsseltechnologien der Energiewende werden, schreibt Autorin Carola Tesche. Warum das trotz der bereits vorhandenen Basistechnologien doch noch nicht ganz so einfach ist, dokumentiert jetzt eine Studie unter der Abkürzung Plan-DelyKaD – Projekt zur großtechnischen Wasserstofferzeugung und –speicherung. Die Beteiligten, unter anderen die DLR und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem (ISE), haben in der Studie Forschungsergebnisse zum Thema „Wasserstoff-Kraftstoffgewinnung durch Elektrolyse mit Zwischenspeicherung in Salzkavernen unter Druck“ zusammengetragen.

So scheinen denn auch weniger die längst vorhandenen Basistechnologien das Problem zu sein, als vielmehr die gesetzlichen Umlagen und Abgaben auf die Nutzung von Strom. So sieht es jedenfalls Andreas Friedrich, Abteilungsleiter Elektrochemische Energietechnik am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart. In anderen Bereichen der Elektrolyse-Verfahren wird zwar noch langfristiger Entwicklungsbedarf konstatiert, aber die Studienergebnisse sprechen eindeutig für ein ganz erhebliches Marktpotenzial des Energieträgers Wasserstoff, auch was die Akzeptanz der Preise beim Endverbraucher betrifft.

Die zur Speicherung gut geeigneten Salzkavernen sind in etlichen Bundesländern ausreichend vorhanden. Allerdings stellen die Autorin des Beitrags und der zitierte Andreas Friedrich klar: ohne politische Signale wird es nicht gehen: „Derzeit sind die Preise für Wasserstoff mit Netzgebühren und Abgaben für erneuerbare Energien bis hin zur Unwirtschaftlichkeit belastet. Daher ist Friedrich überzeugt: „Soll sich der Markt entwickeln, ist es unbedingt notwendig, systemnützliche Power-to-Gas-Anwendungen von Abgaben zu befreien.“

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