Gestern hat die Koalition wieder mal ein 7 Milliarden Euro teures Programm zur Förderung von alternativen, regenerativen Energien beschlossen. Ziel diesmal: \u201egrünen\u201c Wasserstoff zu fördern. Fangen wir mal mit dem einfachsten an, warum \u201egrüner Wasserstoff\u201c?<\/p>\n
Nun damit ist nicht die Eigenfarbe des Wasserstoffs gemeint. Wasserstoff ist sowohl als Gas wie auch Flüssigkeit farblos. Es ist die Gewinnung \u201eGrün\u201c soll suggerieren, das er ökologisch gewonnen wird, also aus regenerativen Quellen. Den Wasserstoff, den man heute einsetzt, egal ob als Raketentreibstoff, für Wasserstoffautos oder als Reduktionsmittel in der chemischen Industrie, wird aus Erdgas (Methan) gewonnen. Mithin stammt auch er aus einem fossilen Kohlenstoffreservoir, auch wenn er selbst beim Verbrennen kein Kohlendioxid erzeugt, so wird doch das Methan teilweise oder ganz oxidiert um Wasserstoff zu gewinnen und wird letztendlich so auch Kohlendioxid erzeugt. Das gilt auch für Brennstoffzellen, die als Heizung vorgeschlagen werden und Methan nutzen.<\/p>\n
\u201eGrüner\u201c Wasserstoff (ab jetzt lasse ich das \u201egrün\u201c weg) wird durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen. Da haben wir schon die ersten beiden Nachteile dieses Wasserstoffs: Die Elektrolyse hat einen Wirkungsgrad von 40 bis 70 % und benötigt elektrischen Strom, dessen Herstellung relativ teuer ist. 2 Milliarden des Paketes gehen daher auch darauf, große Pilotanlagen in Nordafrika wie Marokko zu bauen, mit denen der Wasserstoff direkt vor Ort gewonnen werden kann. Das erspart wenigstens die Kosten und den Aufwand fürs Netz. Trotz alledem \u2013 Strom aus Windkraft oder Fotovoltaik ist immer noch teurer als Strom aus fossilen Quellen, selbst wenn man ihn heute für 7 ct\/kWh erzeugen kann. Dazu noch ein Wirkungsgrad von 40 bis 70 %<\/a>, da würde die Energie die z.B. vergleichbar der von 1 l Heizöl (38 MJ) etwa 1,05 bis 1,84 \u20ac alleine in der Produktion kosten. Doch damit ist es nicht getan. Wasserstoff muss auch transportiert werden. Versuche ihn dauerhaft flüssig zu halten gab es, aber der Energieverbrauch ist, weil er nur bei -253\u00b0C und nur in einem engen Intervall von 6 \u00b0C flüssig ist sehr hoch. Daher wird er heute als Gas transportiert, dann eben unter hohem Druck. Doch das verbraucht auch Energie. Anders als Erdgas kann man Wasserstoff nicht durch Druck bei \u201enormalen\u201c Temperaturen verflüssigen, und so als Flüssiggas transportieren und selbst als Gas hat er bei Atommasse 2 nur ein Achtel der Dichte von Methan. In einen Behälter, der für einen bestimmten Druck ausgelegt ist, passt also nur ein Achtel der Menge. Würde man den Wasserstoff lokal erzeugen und ins Leitungsnetz für Erdgas einspeisen so würde dieser Anteil der Transportkosten wegfallen. Für Schiffe habe ich den Anteil nicht gefunden, aber da Wasserstoff ja als Treibstoff für Autos angedacht wird, für den Transport per Lastwagen und da fallen 20 % des Energiegehaltes als Transportkosten an. Im Auto schließlich nutzt man die Umkehrung der Elektrolyse, die Brennstoffzelle um Strom zu gewinnen, der dann mit Elektromotoren die Räder antreibt auch diese Technologie hat einen Wirkungsgrad von 50 bis 60 %, das heißt, in Bewegungsenergie wird noch ein Viertel bis ein Drittel der Primärenergie umgesetzt, die man in die Wasserstoffgewinnung hineingesteckt hat \u2013 das ist in etwa die Bilanz eines Verbrennnermotors, nur ist der Treibstoff schon in der Herstellung viel teurer: beim Benzin entfallen alleine 65,47ct auf Mineralölsteuer, bei Diesel 47,04 ct, dazu kommt noch die Mehrwertsteuer, rechnet man die ab, so verbleiben für Spritgewinnung und Gewinne bei einem derzeitigen Benzinpreis von 1,07 \u20ac\/l nur noch knapp 25 ct. Wasserstoff wäre aber selbst im günstigsten Fall viermal teurer bei der Produktion und ob der Staat dann auf alle Steuern verzichtet?<\/p>\n Etwas günstiger sieht es aus wenn man den Wasserstoff verbrennt. Die Wärmeproduktion ist ja ein Thema, das bei der Diskussion um Kohlendioxidemissionen etwas herabfällt. Man kann Wasserstoff direkt verbrennen, als Ersatz für Erdgas. Dann würden keine Transportkosten für Lastwagen anfallen, ich nehme an Schiffe wären günstiger und es gibt wie beim Erdgas natürlich noch die Möglichkeit Pipelines zu verlegen \u2013 länger als wie für Nordstream 2 ist die Distanz zu Nordafrika auch nicht. Dann hätte man nur den Verlust bei der Gewinnung, trotzdem einen recht teuren Verbrennungsträger. In einem Fernsehbericht wurde auch erwähnt, das man mit Wasserstoff die Kohle bei der Eisengewinnung ersetzen will. Da horchte ich als Chemiker auf. Klar prinzipiell ist Wasserstoff ein Reduktionsmittel wie Kohlenstoff. Aber es gibt doch deutliche Unterschiede. Die liegen schon beim Aggregatzustand. Die Kohle ist fest, Wasserstoff ist gasförmig, man benötigt also ein geschlossenes System, bei dem man den Wasserstoff oben im Hochturm wieder abfängt, Wasserdampf als Reaktionsproduktion auskondensiert und wieder einsetzt. Kohle wird zudem verbrannt und ihre Verbrennungstemperatur hält die Reaktion am Laufen, bei Wasserstoff muss man extern heizen. Während die Endprodukte der Verbrennung von Kohle, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid nur wenig mit dem Eisen reagieren, tut dies das Wasser sehr wohl. Daneben kann sich Wasserstoff im Eisen lösen, ähnlich wie dies der Kohlenstoff tut. Das ist heute schon ein Problem: Sie führt zur Versprödung von Metallen und hat sogar einen eigenen Namen \u201eWasserstoffversprödung\u201c. Sie tritt beim Schweißen mit Wasserstoff sowie natürlich beim direkten Kontakt auf wie bei Rohrleitungen. Zwar ist viel Kohlenstoff in Eisen auch nicht erwünscht \u2013 Stahl ist kohlenstoffarm, aber er ist bei Weitem nicht so störend, wie der Wasserstoff der nur Nachteile hat (kohlenstofffreies Eisen ist unpraktisch weich, stark kohlenstoffhaltiges Eisen sehr hart, aber unelastisch wie Gusseisen, so strebt man für ein Metall das zwar hart aber in Grenzen auch Belastungen nachgibt man denke an biegsame Degen oder Karosserien, die zwar eine Beule bekommen, aber nicht brechen, kleine Kohlenstoffgehalt im Stahl an). Bislang gibt es nur eine experimentelle Hütte, die direkt durch Strom aus Wasserkraft gewonnenen Wasserstoff in Schweden einsetzt, das geht, weil die örtlichen Eisenerze besonders sauerstoffarm sind. Ansonsten nutzt man ein Mischverfahren, bei dem man Kohlenmonoxid als zusätzliches Reduktionsmittel zum Wasserstoff hinzunimmt.<\/p>\n