Wasserstoff als Energiespeicher der Zukunft

Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger für den Güterverkehr, die Schifffahrt oder die Gewinnung von Wärmeenergie. Bis heute wird Wasserstoff zu großen Teilen noch in einem energieaufwändigen Verfahren aus Erdöl und Erdgas hergestellt. Doch mit der steigenden Nutzung von Solar- und Windenergie kann Wasserstoff in Zukunft zum wichtigen Energiespeicher für nicht benötigten Strom aus Wind- und Sonnenkraft werden. Wie das geht, erfahren Sie hier.

Warum Wasserstoff so wichtig ist

In der Energiewirtschaft spielt Wasserstoff eine immer wichtigere Rolle. Das geruchlose Gas ist z.B. ein hervorragender Energielieferant als Brennstoff. Zum Vergleich: Ein Kilogramm Wasserstoff entwickelt die dreifache Menge an Energie wie ein Kilogramm Benzin. In der Praxis bedeutet das, dass Fahrzeuge mit derselben Menge an Treibstoff eine höhere Reichweite erzielen können bzw. weniger Kraftstoff verbrauchen, wenn Sie mit Wasserstoff betrieben werden.

Als Kraftstoff spielt Wasserstoff in Bezug auf Emissionen ebenfalls seine Stärken aus, denn das Gas erzeugt keine schädlichen CO2-Emissionen. Reagiert Wasserstoff in der Brennstoffzelle z.B. kontrolliert mit Sauerstoff, entsteht lediglich Energie (Strom und Wärme) sowie Wasser. 

Bisher wurde in Wasserstoff deshalb vor allem eine mögliche Alternative zu fossilen Brennstoffen gesehen, in der Fahrzeugtechnik wie in der Heiztechnik.

Mittlerweile ist bekannt, dass Wasserstoff ebenfalls hervorragend als Energiespeicher genutzt werden kann. Damit spielt das große „H“ (=chemisches Zeichen für Wasserstoff) eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, Energie aus Windkraftanlagen oder Solaranlagen zu speichern. 

Wie funktioniert Wasserstoff als Energiespeicher?

Wasserstoff bietet sich als Energiespeicher deshalb an, weil das Element in vielen verschiedenen Rohstoffen vorkommt. Wichtig ist: Wasserstoff kommt in natürlicher Form nur gebunden vor, z.B. in Wasser (H2O) oder in Methan (CH4). Auch in Erdöl oder anderen Kohlenwasserstoffen ist Wasserstoff enthalten. Mehr als 50 Prozent der weltweit bekannten Minerale enthalten Wasserstoff. Selbst die Erdatmosphäre enthält im Wasserdampf Wasserstoff. 

Um Wasserstoff zu speichern, muss er aus einer Verbindung herausgelöst werden. Es ist deshalb paradox: Damit Wasserstoff als Energiespeicher dienen kann, muss er mit hohem Energieeinsatz aus einer anderen Verbindung herausgelöst werden.

Das gängigste Verfahren nennt sich Elektrolyse. Bisher wurde Wasserstoff überwiegend im Rahmen der Erdgasförderung gewonnen oder u.a. aus Erdöl gefördert. Für dieses Herauslösen aus seinen ursprünglichen Verbindungen wird dann Wärmeenergie genutzt, die z.B. durch die Verbrennung von Kohle, Öl oder mit Atomstrom entsteht. Der so gewonnene Wasserstoff ist deshalb alles andere als nachhaltig.

Die Idee, Wasserstoff als grünen Energiespeicher zu nutzen, ist deshalb eng mit erneuerbaren Energien verknüpft. So kann z.B. Windkraft oder Solarenergie den notwendigen Strom für das Elektrolyseverfahren liefern. Bei der sogenannten Wasserelektrolyse wird das Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die positiv geladenen Wasserstoffatome wandern dabei zum negativ geladenen Pol, während die negativ geladenen Sauerstoffmoleküle zum positiv geladenen Pol wandern. 

Aus elektrischer Energie wird dadurch „chemische“ Energie in Form von Wasserstoff. Durch den Einsatz von erneuerbaren Energien wird dieser Wasserstoff „grüner Wasserstoff“ genannt. Er ist CO2-neutral und kann als Treibstoff für Fahrzeuge oder für die Wärmeerzeugung mit Hilfe von Brennstoffzellen genutzt werden.

Bisherige Manko: Energieausbeute

Auch wenn immer häufiger nachhaltige Verfahren zur Energiespeicherung mit Wasserstoff eingesetzt werden, ist das gesamte Prozedere sehr energieaufwändig. So wird Wasserstoff zur besseren Lagerung unter sehr hohem Druck auf -253°C heruntergekühlt. Dann wird das Gas flüssig und es kann leichter sowie platzsparender transportiert werden. Doch auch diese Komprimierung erfordert wiederum viel Energie. Maximal 40 Prozent der im Wasserstoff gespeicherten Energie stehen aktuell später zur Nutzung zur Verfügung.

Verschiedene Forschungseinrichtungen suchen deshalb nach effizienteren Methoden, um Wasserstoff und dessen Energie zu speichern. So werden u.a. Metallhydride eingesetzt, die Wasserstoff aufnehmen und auch abgeben können, ähnlich wie bei einem Akku. Der Vorteil der Metallhydrid-Speicher besteht darin, dass der Wasserstoff bei niedrigerem Druck und bei Raumtemperatur gespeichert werden kann, was wiederum weniger Energie erfordert. Gleichzeitig können entsprechende Speicher bei gleicher Größe nahezu doppelt so viel Wasserstoff speichern wie bisherige Systeme.

Warum Wasserstoff eine wichtige Zukunftstechnologie ist

In Deutschland wird dem grünen Wasserstoff eine Schlüsselrolle zugeschrieben, wenn es um die Energiewende in der Industrie geht. Maschinen und Produktionsanlagen benötigen sehr viel Energie, die u.a. mit Hilfe von Wasserstoff erzeugt werden kann. Auch Fahrzeuge wie LKW oder Schiffe sollen in Zukunft mit Wasserstoff betrieben werden, um vor allem den CO2-Ausstoß massiv zu senken. Nicht umsonst hat die Bundesregierung eine eigene Wasserstoffstrategie entwickelt, um die gesteckten Klimaziele zu erreichen. 

Wenn gleichzeitig weiterhin die Windkraft sowie die Solarenergie ausgebaut werden, könnten Elektrolyseanlagen für die Wasserstoffgewinnung eine wichtige Rolle in einem intelligenten Stromnetz spielen. Diese Anlagen könnten immer dann Wasserstoff produzieren, wenn überschüssiger Strom von Windkraftanlagen oder Solaranlagen verfügbar ist. Im Gegenzug könnte der gespeicherte Wasserstoff genutzt werden, wenn Sonne und Wind zu wenig Energie liefern, um z.B. Produktionsanlagen oder Verbraucher mit Strom oder Wärme zu versorgen.