14.03.2019

Wasserstoff

Grafische Darstellung von Wasserstoffmolekülen

Quelle: BAM

Wasserstoff als Energieträger der Zukunft

Der Ausstoß an Treibhausgasen soll bis 2050 weltweit um 70 Prozent sinken. Das ist das Ziel, auf das sich die G7-Staaten 2015 einigten. Fossile Energieträger wie Kohle und Öl oder Erdgas trugen in der Vergangenheit maßgeblich zum Treibhauseffekt bei. Deshalb soll die Energieversorgung in Deutschland künftig nachhaltig mit erneuerbaren Energien erfolgen, die auch die Kernenergie ablösen sollen. Technologien mit Wasserstoff als Energieträger gelten als nachhaltig und können wesentlich zum Gelingen der Energiewende beitragen.

Wasserstoff ist vielfach nutzbar

Wasserstoff erweist sich schon heute für die Mobilität, die Energieversorgung und für die Wirtschaft von morgen als vielversprechend. Er ist ein emissionsfreier Treibstoff für Brennstoffzellen, die in Autos, Busse, Züge und andere Verkehrsmittel integriert sein können. Ein großer Vorteil von Wasserstoff in Gasspeichern liegt in der gegenüber Batterien deutlich höheren Energiedichte, was bei Fahrzeugen zu erheblich größeren Reichweiten führt. Wasserstoff kann nahezu verlustfrei in großen Mengen über lange Zeiträume hinweg gespeichert werden und trägt dadurch zur Flexibilisierung des Stromnetzes bei. Er kann aber auch als Prozessgas in der Industrie genutzt oder zu Rohstoffen weiterveredelt werden, beispielsweise zu Ammoniak für die Düngemittelproduktion oder zu Methanol.

Brennstoffzellen und Elektrolyse

Wasserstoff kann mithilfe von Brennstoffzellen in Strom und Wärme umgewandelt werden. Damit lassen sich Elektromotoren antreiben und Häuser heizen. Allerdings ist er kein Primärenergieträger wie Holz oder Erdgas. Wasserstoff muss erzeugt werden. Fossile Energieträger kommen zwar grundsätzlich dafür in Frage, allerdings gilt diese Art der Wasserstofferzeugung als nicht nachhaltig. „Grüner“ Wasserstoff entsteht, wenn mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt wird. Dies erfolgt durch eine chemische Reaktion, die Elektrolyse. Besonders wertvoll wird Wasserstoff, wenn er mit Energieüberschüssen aus Wind- oder Solaranlagen erzeugt wird. Wasserstoff kann als komprimiertes Gas oder flüssig bei einem Siedepunkt von minus 252,85 °C gespeichert werden. Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner Reaktionsfreudigkeit ist das Speichern technisch und wirtschaftlich herausfordernd. Spezielle Speichersysteme müssen für den Transport und die Lagerung ausgelegt sein. Wasserstoff kann bis zu einem Anteil von mindestens 5 bis 10 % auch in das Erdgasnetz eingespeist werden. Bei Bedarf können Brennstoffzellen den Wasserstoff rückverstromen. Dann stellt die Brennstoffzelle in einer kontrollierten Reaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff wiederum Wasser, elektrische Energie und Wärme her. Meist reicht für diese Reaktion der Sauerstoff in der Luft aus. Dieser gesamte Wasserstoffkreislauf ist fast vollständig emissionsfrei.

Die Expertise der BAM

Wir arbeiten dafür, dass die technische Sicherheit von Wasserstoff im Fahrzeug, beim Transport und im allgemeinen Umgang gewährleistet ist.

Zahlreiche Expertinnen und Experten in der BAM sind nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich für die Sicherheit tätig: von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (Power-to-Gas) über das sichere Speichern von Wasserstoff als Treibgas bis hin zum Transport. Gasspeicher sorgen auch im Trailerfahrzeug für einen sicheren Transport zum Endverbraucher an der H2-Tankstelle. Fachleute der BAM beurteilen die technische Sicherheit von wasserstoffhaltigen Gasgemischen und bewerten die Verträglichkeit von Werkstoffen. Andere Experten forschen zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen durch geeignete Sensorik - auch mit ferngesteuerten Messdrohnen, den so genannten UAV-Drohnen. Um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefahrenursachen im Vorfeld erkennen zu können, untersuchen Fachleute der BAM proaktiv Maßnahmen zur Bewertung von Konsequenzen und zur Steuerung von Risiken.