Wasserstoff: Forschen, forschen, forschen

Um Wasserstoff in absehbarer Zeit als Energieträger einsetzen zu können, ist noch viel wissenschaftliche Arbeit zu zahlreichen Aspekten notwendig. Die Initiativen sind schier unzählbar.

Doch welche Anwendungsfelder gibt es überhaupt? Allem voran ist da die Mobilität zu nennen. Otto- und Dieselmotoren, die mit fossilen Kraftstoffen betrieben werden, gelten als Auslaufmodell. Wasserstoff kann da eine Alternative darstellen, in zweierlei Hinsicht. Zum einen lässt sich aus Wasserstoff mit Hilfe einer Brennstoffzelle Strom erzeugen, um einen Elektromotor anzutreiben.

Batterien müssen dann nicht mitgeführt werden, wohl aber ein Tank mit Wasserstoff. Sinn macht das, wo bei hohem Energiebedarf große Reichweiten gefragt sind, Batterien also an ihre Grenzen stoßen. Das heißt vor allem beim Schwerlasttransport und landwirtschaftlichen Transportmitteln, bei der Schifffahrt und beim Schienen- und Busverkehr und sogar im Luftverkehr.

Zwei kritische Aspekte

Zwei Dinge indes sind dabei kritisch: Möglichst viel Wasserstoff muss in kleinen Volumina und dazu möglichst ungefährlich gespeichert werden. Denn als komprimiertes Gas ist Wasserstoff sehr explosiv. Es gibt Ansätze, Wasserstoff in ein Trägermaterial zu binden. An der Friedrich-Alexander-Universität und auch dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg etwa haben Forscher eine Methode entwickelt, in der der Wasserstoff durch ein flüssiges, organisches Trägermaterial gebunden wird. Das Gemisch ist schwer entflammbar und nicht explosiv.

Aber für die Nutzung des Wasserstoffs ist ein relativ großer Reaktor notwendig, der sich nicht für Kleinwagen, aber etwa für Eisenbahnen eignet. Für Mofas, Roller und Co arbeitet das Fraunhofer-Institut IFAM in Dresden an einer Lösung. Tanken von Gas ist bei solch kleinen Fahrzeugen unmöglich, weil die Druckbelastung zu groß wäre. Die Fraunhofer-Forscher lösen den Wasserstoff in festem Magnesiumhydrid in einer Kartusche. Statt zu tanken muss nur die Kartusche gewechselt werden.

Wasserstoff für Elektro- und Verbrennungsmotoren

Neben dem Elektromotor kann aber auch ein Verbrennungsmotor mit Wasserstoff betrieben werden – so müsste man diese ausgereifte Technologie nicht abschaffen. Dieser Direktverbrennung von Wasserstoff widmet sich etwa das Fraunhofer ICT. Dazu wird im Brennraum ein zündfähiges Gemisch aus Wasserstoff und Luft verbrannt. Es entsteht lediglich eine geringe Menge an Stickoxiden, die sich mit einer einfachen Abgasbehandlung fast ganz eliminieren lassen, kohlenstoffbasierte Schadstoffe entstehen erst gar nicht.

Aber auch mit flüssigen Kraftstoffen, aus Wasserstoff hergestellt, kann ein herkömmlicher Verbrennungsmotor betrieben werden. Bis zu 90 Prozent weniger Treibhausgasemissionen als bei fossilen Kraftstoffen sollen dabei entstehen. Und die Treibstoffe haben eine sehr hohe Energiedichte, was sie besonders einsetzbar für Schiff, Lkw und Flugzeug macht, wo eben hohe Leistungen bei langer Betriebsdauer gefragt sind.

Fossile Energequellen durch Brennstoffuzellen ersetzen

Nicht vernachlässigt werden sollte bei all den Forschungsaktivitäten zudem der Wärmesektor. 55 Prozent der Endenergie in Deutschland fließen in die Wärme- und Kälteerzeugung. Die bisher vorherrschenden fossilen Energiequellen ließen sich durchaus durch Brennstoffzellen ersetzen. Brennstoffzellenheizungen gibt es auf dem Markt, ihre weite Verbreitung scheiterte aber bisher an den hohen Anschaffungskosten.

Der Nationale Wasserstoffrat hat nun die Fraunhofer-Institute für Solare Energiesysteme (ISE) sowie Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) beauftragt, eine Analyse und Bewertung unterschiedlicher Dekarbonisierungspfade für den Wärmemarkt vorzunehmen, die bis zum Frühjahr 2022 fertiggestellt werden soll. Neben den wichtigen ökonomischen Aspekten sind die Themen Akzeptanz und Versorgungssicherheit wichtig. Auf Basis der Ergebnisse dieser Studie wird der Wasserstoffrat Handlungsempfehlungen zur Dekarbonisierung des Wärmemarkts geben.

INFO Gut ein Jahr nachdem die Bundesregierung die Nationale Wasserstoffstrategie verabschiedet hatte, hat sie einen ausführlichen Umsetzungsbericht vorgelegt.
Darin analysiert sie den Stand der Umsetzung aller 38 geplanten Maßnahmen. Eine umfassende Bilanz soll in einem Monitoringbericht im nächsten Jahr folgen.

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