Wissenswertes

Digitaler Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Ratgeber vom Hydrogeit Verlag

Online-Version des Sachbuchs von Sven Geitmann „Die Technik von gestern, heute und morgen“

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Bewusst leicht verstÀndlich gehalten und beschrieben. Es soll technikinteressierten als ein umfangreiches Literaturverzeichnis dienen.

Der Autor, Fachjournalist und Verleger Dipl.-Ing. Sven Geitmann hat im Mai 2022 die 5. Auflage seines Buches „Wasserstoff und Brennstoffzellen – Die Technik von gestern, heute und morgen“ herausgebracht. Die grundlegend ĂŒberarbeitete 4. Auflage dieses „Klassiker“ (Zitat: Jorgo Chatzimarkakis, Hydrogen Europe) steht hier kostenlos zur Online-LektĂŒre zur VerfĂŒgung.
Die nochmals aktualisierte 5. Neuauflage dieses Buches kann hier kĂ€uflich erworben werden. Darin wurden aktuelle Entwicklungen ergĂ€nzt, Überholtes entfernt. Neben den jĂŒngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine VorgĂ€nger – auf leicht verstĂ€ndliche Art alles, was man ĂŒber die H2- und BZ-Technologie wissen muss.

 

Online Wasserstoff und Brennstoffzellen Nachschlagewerk (Glossar) vom Hydrogeit Verlag.

Teil 1 | Wissen Wasserstoff und Brennstoffzellen

Rettet Wasserstoff das Klima?

Die Sonne scheint und scheint. Die Vision, diese schier endlos anmutende Energiequelle zu nutzen und mithilfe des EnergietrĂ€gers Wasserstoff zu speichern, ist schon viele Jahrzehnte alt. Dennoch wurde sie meist als utopisch angesehen. Sowohl die Solar- als auch die Wasserstofftechnologie waren zu teuer, fossile Brennstoffe dagegen billig und scheinbar unbegrenzt verfĂŒgbar.

Inzwischen aber hat sich der Wind gedreht: Solarenergie ist an vielen Orten der Welt die preiswerteste Art, Strom zu erzeugen. Die Wasserstofftechnik steht an der Schwelle zum Markt. Und der Klimawandel ist mittlerweile so unĂŒbersehbar, dass selbst zahlreiche Vertreter der fossilen Energiewirtschaft einrĂ€umen: So wie bisher kann es nicht weitergehen.

Wasserstoff, schon oft als HoffnungstrĂ€ger gehandelt, erlebt einen neuen FrĂŒhling, getrieben von klimawissenschaftlicher Notwendigkeit, technischem Fortschritt, wirtschaftlichem Wettbewerb und politischem Willen. Der weltweit agierende Hydrogen Council erlangt immer mehr Gewicht, und im Sommer 2020 prĂ€sentierte die deutsche Bundesregierung eine Nationale Wasserstoffstrategie.

Wasserstoff ist das am meisten vorkommende Element im Universum. Das Gas verfĂŒgt ĂŒber einen hohen Heizwert und verbrennt mit Sauerstoff zu nichts anderem als Wasser. Es ist extrem leicht und wird bereits seit mehr als 100 Jahren als Industriegas verwendet. Aber genĂŒgen diese Eigenschaften, um Wasserstoff zur SchlĂŒsseltechnologie der Energiewende und zum Kraftstoff der Zukunft zu machen?

Die Anforderungen an unser kĂŒnftiges Energiesystem sind mittlerweile recht klar umrissen. Die konventionelle Energieerzeugung sowie Fahrzeugtechnologien einfach nur zu optimieren und effizienter zu machen reicht als Lösung nicht aus und kann eine wirklich nachhaltige und klimafreundliche Energieversorgung nicht gewĂ€hrleisten. Die Verbrennung von fossilen Kohlenwasserstoffen muss möglichst schnell ein Ende finden, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens einhalten zu können. Vor allem Sonne und Wind sollen die SĂ€ulen einer kĂŒnftigen Energiewirtschaft sein.

Das hat verschiedene Konsequenzen. Da Sonne und Wind sich nicht steuern lassen, werden Energiespeicher aller Art wichtiger als je zuvor. Die sich rasant entwickelnde Batterietechnik kann in Zukunft dafĂŒr sorgen, dass selbst bei einer nĂ€chtlichen Flaute das Licht nicht ausgeht. Doch was noch fehlt, ist ein Verfahren, das es ermöglicht, Sonnen- und Windenergie auch ĂŒber Wochen und Monate hinweg zu speichern und dann bei Bedarf fĂŒr verschiedene Zwecke nutzbar zu machen. Als Speicher und als Kraftstoff spielt Wasserstoff daher in praktisch allen wissenschaftlichen Energiewendeszenarien eine zentrale Rolle.

Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) will die Bundesregierung nicht nur beim Klimaschutz vorankommen, sondern vor allem die wirtschaftliche Chance nutzen, die der Wasserstoff bietet. In den letzten Jahrzehnten hat Deutschland mehrere Milliarden Euro in die Entwicklung der Wasserstofftechnik investiert und sich eine gute Ausgangsposition im Rennen um die besten Technologien erarbeitet. Die soll nun genutzt werden.

Eine Aufgabe ist es dabei, die Brennstoffzelle so schnell wie möglich massentauglich zu machen. Ihre Funktionsweise basiert auf einem Prinzip, das bereits 1839 entdeckt, dann aber nicht mit sonderlich viel Vehemenz weiterentwickelt wurde. Das lĂ€sst sich durch die dominante Stellung des Verbrennungsmotors erklĂ€ren, der bis Anfang des neuen Jahrtausends nie ernsthaft infrage gestellt wurde. Kohle und Öl waren einfach zu praktisch.

Die Brennstoffzelle ist im direkten Vergleich dazu jedoch effizienter, sauberer und leichter. Dies hat sie bereits in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts bei zahlreichen EinsĂ€tzen in der Raumfahrt bewiesen. Aber obwohl an dieser Technologie schon seit zig Jahren mehr oder minder intensiv geforscht wird (s. Kap. 16.2: Geschichte), wurde erst in den 1980er Jahren erstmals ernsthaft darĂŒber nachgedacht, Wasserstoff als Kraftstoff zu verwenden. Entscheidend war damals – in Zeiten des aufkeimenden Umweltschutzes – der ökologische Aspekt.

Nach den ersten AnlĂ€ufen entwickelte sich Ende der 1990er Jahre ein regelrechter Hype um diese Technologie. Da die technische Umsetzung jedoch nicht so zĂŒgig erfolgte wie zunĂ€chst erwartet, nahm das Interesse schnell wieder ab. Mitte des ersten Jahrzehnts des 21. Jahrhunderts folgte dann die nĂ€chste Welle der Euphorie. Diese verebbte jedoch, als 2009 das Thema ElektromobilitĂ€t mit den rein batteriebetriebenen Fahrzeugen in den Fokus rĂŒckte.

Heute, da Strom aus Wind- und Solarenergie immer billiger wird und der Klimaschutz immer dringlicher, erleben Wasserstoff und Brennstoffzellen einen neuen FrĂŒhling. Die Preise fĂŒr die entsprechenden Technologien sind deutlich gesunken, und Szenarien zeigen, dass noch in diesem Jahrzehnt grĂŒner Wasserstoff und effiziente Brennstoffzellen in mehreren Bereichen konkurrenzfĂ€hig werden könnten (vgl. Kap. 14: Kosten der Wasserstofftechnologien).

Der Einstieg in die Erneuerbare-Energien-Technik war Ende des zwanzigsten Jahrhunderts sozusagen die Energiewende 1.0. In den nĂ€chsten Stufen ging es darum, wie man Wind- und Solarstrom ins bestehende System integrieren könnte. Dann kamen Energiespeicher hinzu. Als NĂ€chstes steht die „Energiewende 4.0“ an. Das Energiesystem muss völlig neu gedacht werden. Die Sektoren Strom, WĂ€rme und MobilitĂ€t stehen nicht mehr einfach nebeneinander, sondern verschmelzen zukĂŒnftig miteinander. Klassische, zentrale Grundlastkraftwerke wird es immer weniger geben. An ihre Stelle treten dezentrale und vernetzte Technologien. PrĂ€zise Prognosen fĂŒr Wind- und Solarstrom, effiziente Speicher, die Kopplung der Sektoren und flexible Verbraucher werden dafĂŒr sorgen, dass auch das neue System zuverlĂ€ssig arbeiten wird. Forschungs- und Schaufensterprojekte wie die „Norddeutsche Energiewende 4.0“ zeigen, wie das gehen kann.

Ökostrom, der gerade nicht direkt genutzt oder in Batterien kurzzeitig gespeichert werden kann, ist dabei keinesfalls ĂŒberflĂŒssig. Mit Elektrolyseuren kann er in Wasserstoff umgewandelt werden, der anschließend vielseitig nutzbar ist – als Kraftstoff, fĂŒr die dezentrale Strom- und WĂ€rmeerzeugung mit Brennstoffzellenheizungen oder als Rohstoff fĂŒr die Industrie.

Die technische Entwicklung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik ist in den vergangenen Jahren weit vorangekommen. Wo vor Kurzem noch geforscht wurde, wird jetzt die praktische Umsetzung vorangetrieben.

Dieses Buch erklĂ€rt die Grundlagen und zeichnet dabei auch die UrsprĂŒnge der Technologie nach: Welche Vor- und Nachteile hat Wasserstoff? Wie wurde er bisher gewonnen und genutzt – und wie wird er in Zukunft hergestellt und eingesetzt? Wie lĂ€sst sich Wasserstoff sicher handhaben, speichern und transportieren? Wie kann er vom Grundstoff fĂŒr die Chemieindustrie zur SchlĂŒsseltechnologie fĂŒr die Energiewende werden?

Viele Fragen. Freuen Sie sich auf viele Antworten!

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