LdN280 Energie - Grüner Wasserstoff

Bei jedem Gas Infrastrukturprojekt wird immer ganz stolz von den Betreibern hervorgehoben „In Zukunft kann man ja dann grünen Wasserstoff…“, aber das könnte ihr ruhig mal etwas kritischer hinterfragen. Die Technik ist noch lang nicht ausgereift. Es gibt dort immense Verluste zwischen Herstellung, Transport und Einsatz. Die Industrie mag vielleicht noch damit klar kommen, wenn sie diesen dann direkt in Wärme umwandelt, aber unsere Gasheizungen im Keller kommen mit Wasserstoff wohl eher nicht klar und in Zukunft wird man eh auf den Technologiestack: Erneuerbarer Strom->Wärmepumpe + gute Dämmung setzen. Und bei Autos ist das Thema ja auch so gut wie tot wegen dem niedrigen Gesamtwirkungsgrad. Selbst bei LKW, wo Wasserstoff immer als Kandidat gehandelt wurde, wegen zu geringer Energiedichte, setzt Daimler ja inzwischen voll auf Elektro.

Und zweitens: Wie können in wir darauf vertrauen, dass der Wasserstoff wirklich grün ist ? Das hieße ja, irgend ein anderes Land hat mehr als 100% Ökostrom und kann Überschüssigen als Wasserstoff (verlustreich per Schiff und Pipelines) exportieren. Ansonsten würde er einfach als grün gelabelt oder der grüne Strom wird an uns verkauft und der dreckige Strom selbst benutzt = wir machen outsourceing unserer Kimabilanz.

Also wie man’s auch dreht: Wir müssen selber auf 100% Erneuerbare kommen. Und falls wir Wasserstoff zu irgend was brauchen, diesen dann selbst herstellen. Importiert von Wasserstoff ist nur ein Bilanztrick.

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Habe mich extra angemeldet um genau das zu kommentieren, danke für den Beitrag!

Der völlig unkritische Umgang mit Wasserstoff als vermeintlicher Energieträger der Zukunft passt für mich eigentlich nicht zur Art und Weise wie die Lage sonst berichtet.

Wasserstoff kommt gerne genau dann ins Spiel, wenn es darum geht, Investitionen in fossile Infrastruktur zu rechtfertigen. Erdgaskraftwerke könnten in Zukunft ja auch mit grünem Wasserstoff betrieben werden, die Gasheizung die man im Jahr 2022 noch bei einem Neubau einbaut kann soundsoviel Prozent Wasserstoff verbrennen, selbst Nord Stream 2 wurde als nachhaltig bezeichnet, weil man dadurch später ja grünen Wasserstoff transportieren könnte.

Grüner Wasserstoff entsteht aber nicht aus dem Nichts. Man braucht dafür grünen Strom und der ist nach wie vor in fast allen Ländern der Welt Mangelware. Die Herstellung, der Transport und oft auch die weitere Verwertung (Stichwort Brennstoffzelle) ist sehr ineffizient, d.h. es wird viel wertvoller, grüner Strom verschwendet.

Beispiel Heizung: wenn ich meine Gasheizung mit grünem Wasserstoff betreiben will, dann muss der Strom von Sonne oder Wind zunächst in die Elektrolyseanlage, wo er unter Verlust in Wasserstoff umgewandelt wird. Dieser Wasserstoff muss entweder durch hohen Druck verdichtet oder massiv gekühlt werden, damit er transportierbar wird. Das kostet wieder sehr viel Energie. Auch der Transport selber ist nicht ohne Verluste. Am Ende wird der Wasserstoff dann in der Heizung verbrannt, wobei ein Teil der Wärme auch noch durch den Schornstein entweicht.
Im Gegensatz dazu könnte man den Strom auch einfach in das schon existierende Leitungsnetz einspeisen und am anderen Ende einen 30€-Heizlüfter laufen lassen, der den Strom zu 100% in Wärme umwandelt. Da sind wir noch gar nicht bei Wärmepumpen, die die Wärmeausbeute nochmal um den Faktor 3-4 steigern.

Viele Experten bezeichnen grünen Wasserstoff als den „Champagner unter den Energieträgern“. Er ist in dieser Rolle ein Nischenprodukt für Spezialanwendungen und wird nie eine große Rolle spielen.

Die Faszination dafür ist trotzdem riesig und ich denke das hat einen einfachen Grund:

Jahrtausendelang war es so, dass wir Energie gewonnen haben indem wir energiereiche Stoffe gesammelt, transportiert und anschließend die chemische Energie in andere Energieformen umgewandelt haben. Vom Steinzeitmenschen, der Holz für sein Feuer sammelt bis hin zur modernen, industriellen Förderung von Kohle, Öl und Gas.

Erneuerbare Energien funktionieren ganz anders. Da entsteht Elektrizität direkt, es gibt keine Energieträger mehr, nur noch Leitungen, Speicher und Verbraucher. Jeder Umweg über chemische Energie bringt riesige Verluste mit sich und muss um jeden Preis vermieden werden.

Grüner Wasserstoff passt perfekt in unsere althergebrachte Vorstellung von der Gewinnung und Verwertung von Energie. Damit kann jeder gleich etwas anfangen, ohne seine Denkweise komplett über den Haufen werfen zu müssen. Wasserstoff kann man tanken, durch Leitungen transportieren, verbrennen oder in Strom umwandeln. Das ist uns so vertraut, dass wir gar nicht mehr fragen ob das sinnvoll ist.

Schön wäre es, wenn man dazu irgendwann einmal einen Experten wie z.B. Volker Quaschning in die Lage einladen könnte.

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Hey, du hast es noch anschaulicher formuliert als ich es konnte. Gut zu hören, dass ich bei dem Gedanken nicht allein war :wink:

Schön wäre es, wenn man dazu irgendwann einmal einen Experten wie z.B. Volker Quaschning in die Lage einladen könnte.

Am besten in 3 Jahren beim nächsten Wahlkampf, wenn mal wieder ganz plötzlich die 2 Zaubertechnologien Grüner Wasserstoff und Synthetische Kraftstoffe/E-Fuels aus der Mottenkiste geholt werden, so wie letztes Jahr. Weil man damit ja theoretisch so bequem die Klimakrise lösen kann ohne dass man irgend was an der Infrastruktur oder der Politik ändern müsste :wink:

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Hallo @PlageDerNation,

du hast mit den meisten Sachen, die du schreibst grundsätzlich Recht, allerdings ist die Frage, ob wir grünen Wasserstoff nicht eventuell bei der Lösungs des Speicher-Problems der erneuerbaren Energien brauchen. Dann wären Gaskraftwerke bei denen man die Turbinen tauscht, sodass sie Wasserstoff verbrennen können nicht schlecht.

Das wurde hier auch schon mal besprochen:

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Der grüne Wasserstoff ist nicht als „Ersatz“ für das geplant, was wir derzeit mit Erdgas tun (z.B. standalone in der Heizungsanlage verfeuern). Das wollen weder die Bundesregierung noch die Experten. Trotzdem wird Wasserstoff in Massen für die Energiewende gebraucht und zwar aus zwei Gründen:

  • Nicht (100%) elektrifizierbare Prozesse
  • Saisonale Energiespeicher

Letzteres ist der Grund, warum wir auf Basis heutiger Schätzungen in Zukunft sogar noch mehr Gaskraftwerke brauchen. Das Speichermedium muss nicht zwangsläufig Wasserstoff sein. Man könnte auch die Abgase eines Erdgaskraftwerkes im Winter in riesigen Speichern lagern und im Sommer mit Ökostrom wieder methanisieren. Der Aufwand wäre aber auch hier groß. Es gibt auch andere denkbare Lösungen (z.B. gigantische Pumpspeicher). Aber bisher ist die chemische Speicherung noch diejenige, die die meisten Experten für den saisonalen Zyklus als am sinnvollsten / machbarsten erachten. Das war zumindest bisher auch die Position von Quaschnig [1].

[1]

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Es gibt nicht allzu viele Prozesse, die sich überhaupt nicht elektrifizieren lassen. Selbst die Stahlherstellung durch direkte Elektrolyse wird schon erprobt:

https://www.golem.de/news/eisenoxid-elektrolyse-stahlherstellung-mit-strom-statt-kohle-2112-161461.html

Und dann ist ja noch lange nicht gesagt, dass Wasserstoff in den übrigen nicht-elektrifizierbaren Bereichen überhaupt eine Lösung ist. In der Luftfahrt wird z.B. die sehr schlechte volumetrische Energiedichte zum Problem und die Schwierigkeit, zylindrische Drucktanks in der Flugzeugstruktur platzsparend unterzubringen. Deutlich teurer als jetzt wird es auf jeden Fall, erst recht wenn der Wasserstoff noch in synthetische Treibstoffe umgewandelt werden muss. Die Lösung muss da einfach sein, dass wir weniger fliegen und für Kurz- und Mittelstrecken auf ein besseres Netz von Hochgeschwindigkeitszügen setzen.

Für die saisonale Speicherung haben wir noch keine Patentlösung, auch Wasserstoff ist hierfür nur sehr bedingt geeignet weil Elektrolyseanlagen sehr teuer sind und Wasserstoff alles andere als einfach zu speichern ist. Die Umwandlung in andere chemische Energieträger mach noch weitere Anlagen notwendig und führt zu weiteren Energieverlusten. Ob hier am Ende nicht ein anderes System wie z.B. Eisen-Redox-Flow-Batterien besser abschneidet lässt sich heute kaum abschätzen.

So oder so werden wir es aber mit keiner Speichertechnologie auf absehbare Zeit schaffen, das gesamte „Winterloch“ an Energie im Sommer zu erzeugen und zu speichern. Wir werden im Winter einfach deutlich weniger Energie verbrauchen müssen. Das kann gelingen, wenn z.B. energieintensive Industrien saisonal arbeiten. Im Sommer wird z.B. Aluminium oder Stahl durch Elektrolyse hergestellt, im Winter folgen dann weniger energieintensive Prozessschritte. Durch Wärmepumpen lässt sich der Primärenergieverbrauch auch deutlich senken.

Zusätzlich werden wir ausnutzen, dass Wind- und Solarenergie einfach unschlagbar günstig sind. Dadurch können wir deutlich mehr Kapazität aufbauen, als wir im Sommer brauchen, um im Winter weniger Verluste ausgleichen zu müssen.

Die Studie von Volker Quaschning ist übrigens aus dem Jahr 2016, in der Zwischenzeit hat sich viel getan. In einem aktuelleren Podcast ist er deutlich kritischer:

Ich höre da etwas die Kritik heraus, dass wir uns von Wasserstoff in Summe zu viel erhoffen. Das kann ich grundsätzlich teilen. Es geistert noch ein bisschen die Vorstellung herum, dass die Welt nach der Energiewende ähnlich funktioniert wie vorher, nur mit Wasserstoff. Das ist sicherlich ein Irrglaube, der lange Zeit u.a. von Altmeier und der FDP verbreitet wurde. Ich bin aber der Meinung, dass die aktuelle Bundesregierung diese Naivität schon sehr stark abgelegt hat.

Eisen-Redox-Flow-Batterien habe ich bisher noch nicht im Zusammenhang mit der Speicherung von Energie über mehrere Monate gehört. Aber da lasse ich mich gerne aufschlauen.

Das ist in der Tat ein Problem. Ohne flüssigen Wasserstoff wird es nicht gehen und auch dann braucht man noch deutlich mehr Volumen als bei Kerosin. Vor dem Hintergrund stimme ich auch absolut zu, dass Fliegen als Mobilitätsform eben teurer und wo möglich durch Alternativen ersetzt werden muss. Trotzdem sehe ich derzeit keine technische Alternative zum Wasserstoff-Brennstoffzellen-Flugzeug, dass wir für Langstrecken brauchen werden.

Klar, Überkapazitäten machen hier ökonomisch und ökologisch total Sinn. Allerdings nicht soweit, dass wir die massiven chemischen Speicherkapazitäten dadurch vermeiden könnten. Bisher habe ich dazu leider immer nur Zahlen gesehen für ein Energiesystem bis ca. 90% Erneuerbare. Wenn jemand da was Besseres hat, würde es mich sehr interessieren.

Fazit: das Narrativ, dass Wasserstoff die Fossilen mehr oder weniger „ersetzt“ hält sich in manchen Kreisen in der Tat hartnäckig. Trotzdem finde es sinnvoll infrastrukturmäßig für Kraftwerke zu planen, die im großen Stil Wasserstoff verbrennen. Und zwar vor dem Hintergrund, dass der Wasserstoff im saisonalen Speicherbereich heute die erfolgversprechendste Alternative ist. Noch wichtiger wären die Investitionen in Power to Gas. Wenn man jetzt noch 10 Jahre abwartet, wie sich denn irgendwelche Alternativen entwickeln, bevor wir da investieren, verstolpern wir die Energiewende nur noch weiter. Und abgesehen davon sehe ich selbst bei den optimistischsten EE-Ausbauszenarien noch keine Alternative zu Erdgas als Brückentechnologie, so ungünstig das geopolitisch auch sein mag.

Bei den Problemem Wasserstoff zu speichern bin ich bei dir. Zumindest Metalltanks sind da wohl nicht so geeignet. WIe das mit unterirdischen Kavernenspeicher aussieht, wird gerade erforscht. Das erscheint wir aber ein guter Ansatz, da wir Erdgas ja auch schon so speichern:

edit:
Auf der Seite der "Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. " (Link) gibt es sogar einen Überblick, wieviel grüner Wasserstoff im Vergleich zu blauen und grauen im letzten Jahr gekostet hat:

Sie verweisen dazu zu dieser Seite von energate:
Wasserstoff als Schlüssel zur Sektorkopplung woher sie den Preisindex genau nehmen, konnte ich da aber auf die Schnelle nicht finden.

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Aber dann baut man die Elektrolyseanlage einfach neben das Kraftwerk. Dann braucht man keine (verlustreichen) Pipelines und schon gar keine Terminals / Verschiffung.

3 von 4 Studien, die ich zu 100% EE Energiesystemen gesehen habe gehen davon aus, dass wir Energie aus außerhalb von Europa importieren werden müssen. Dass das auch Wasserstoff sein wird halte ich für realistisch. Was ich für sehr unrealistisch halte ist, dass Deutschland energetisch autark wird.

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Ich glaube ehrlich gesagt, dass das massiv unterschätzt wird.
Habe hier jetzt keine Zahlen parat, habe aber mal gelesen, dass man allein mit der Fläche des aktuellen Braunkohle-Tagebau, bebaut mit PV den Primärenergiebedarf des Landes locker decken könnte.
Alle Dächer voll, Privat und Industrie, WEA onshore und offshore ausbauen, ohnehin versiegelte Flächen wie Autobahnen mit PV überdachen (dann spart man sich auch direkt die Asphalt-Schäden bei extremer Hitze), Agrar- und Weideflächen teilweise überdachen, (bei extremer Hitze reduziert das wiederum die Dürre-Probleme).
Logisch, das ganze muss gespeichert werden, aber das ist ja dezentral in E-Autos und Hausspeichern ohne weiteres machbar. Bidirektionales Laden kommt ja gerade für die Fahrzeuge.

Das ist so natürlich nicht sofort aus dem nichts machbar, aber eben eine Perspektive.

Um überhaupt in die Richtung zu kommen müsste man aber überhaupt erstmal dafür sorgen, dass der Bau solcher Anlagen im ersten Schritt nicht aktiv erschwert wird.

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Das muss ja auch nicht unbedingt sein.

Das Umwelt Bundesamt schreibt (Quelle):

Heute werden etwa 3.400 Petajoule (PJ) inländisch gewonnen (siehe Abb. „Primärenergiegewinnung in Deutschland“). Das entspricht etwa 29 % des gesamten Primärenergieverbrauchs. […] Die wichtigsten im Inland gewonnenen Energieträger sind die erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne und Biomasse⁠. Sie machen mehr als die Hälfte der im Inland gewonnenen Energieträger aus.

Das Problem ist daher, in meinen Augen nicht, dass wir überhaupt Energieträger importieren, sondern, dass es zu viele sind. Ohne EE müssten wir heute 85 % importieren.

Volker Quaschning hat seinem letzten Interview bei „Jung und Naiv“ gemeint, dass wir mit EE bis zu 70 % unseres Primärenergiebedarfes selbst denken könnten. Und den Rest kann man dann auch als grüne Energieträger von irgendwo her importieren.
Wir produzieren und exportieren ja eh schon zu viel.

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Kurzfristig ja. Aber die saisonale Speicherung sehe ich schon als Problem.

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Ich hätte fast noch mehr gedacht, aber er wird das besser wissen. Die restlichen 30% müssten dann ja aber schon über Pipelines oder LNG / LH2 Terminals ins / durchs Land transportiert werden, sofern wir keine interkontinentalen Stromtrassen verlegen.

Edit: Ups, hab das mit den Salzkavernen nicht gesehen - na ja, dann braucht man evtl. halt ganz bestimmte Pipeline Routen von den Speichern zu den Kraftwerken, aber trotz dem gilt nicht dieses Champagnerargument, dass jede Pipeline die man jetzt baut irgendwann für Wasserstoff gebraucht wird.

Aber zu welchem Anteil denn ? Und warum importiert man die Energie dann nicht direkt als Strom, was ja zig fach effizienter ist und wofür die Technik ja schon existiert.

Die Technik existiert – die Infrastruktur nicht. Was man dazu bräuchte, wäre ja eine Art globales (oder zumindest lokal interkontinentales) Stromnetz. Es gibt ja Bestrebungen das anzugehen, aber wann es soweit sein wird ist die Frage – insbesondere vor dem Hintergrund, dass wir in Deutschland noch nicht mal dafür gerüstet sind, zukünftig genug Strom von Nord nach Süd zu transportieren.

Die Fraunhofer Studie hat dazu ja vier Szenarien gesellschaftlicher Verhaltensweisen untersucht. Die Menge an Wasserstoff, SynGas, Synfuel, die jährlich importiert werden muss liegt je Szenario so bei 300-1000 TWh. Zum Vergleich: Erdgas liegt heute bei 1000TWh. Ich glaube aus zwei Gründen, dass man selbst bei Existenz eines globalen Stromnetzes nicht darauf verzichten kann:

  1. Es setzt voraus, dass zumindest saisonal nirgendwo signifikant etwas zwischengespeichert wird. Das zwischenspeichern wird sich sicher durch ein globales Netz verringern aber nicht vermeiden lassen (der globale Norden importiert in zukünftigen Wintern deutlich mehr Strom als im Sommer und das wird durch den globalen Süden kaum ausgeglichen).

  2. Es setzt voraus, dass wir keine Sicherheits-/ strategischen Reserven anlegen / nachfüllen. Das könnte man sicher auch fossil tun (ist ja nur für den Fall der Fälle) – braucht dann aber natürlich auch Kraftwerke, die das verbrennen können.

Vollkommen richtig, aber ist das jetzt der Grund es gar nicht zu machen?
Sicher ist die saisonale Speicherung ein Thema, was anzugehen ist, mal offen gelassen wie. Aber das ändert ja rein gar nichts an der Tatsache, dass wir es zusätzlich dazu auch über den Tag und die damit einhergehende Lastkurve verteilen müssen.

Sicher gibt es das noch nicht in finaler aus Ausbaustufe, aber ein zumindest europäisches Hochspannungs-Verbundnetz welches auch aufgerüstet werden kann, gibt es ja.
Man denke nur mal an die Rufe zu den ersten E-Autos, als die Leute glaubten dass 100.000 Autos das Land lahmlegen. Jetzt sagen Netzbetreiber, dass sie mit leichten Modifikationen und geringem Ausbau am Netz 30 Millionen realisieren können.

Vollkommen richtig, aber auch da wieder der Punkt von oben. Nur weil es jetzt nicht geht brauchen wir eine andere Lösung? Die Nord-Süd-Verbindung im Land scheitert vor allem an politischen Hürden und dem deutschen Bürokratiewahn.
Dazu kommt, dass das ganze Stromnetz halt null digital ist. Das höchste der Gefühle sind Stromzähler, die zu einer festen Uhrzeit Tarife wechseln. Mit dynamischer Bepreisung wäre da viel mehr drin, man könnte ja schon mal anfangen den Überschussstrom nicht für viel Geld ins Ausland abzugeben, sondern ihn kostenlos (oder vergünstigt) an die Bürger zu geben. Selbst verschenken an die Bürger wäre billiger für Deutschland. Schon bekommt man die Peaks geglättet. Aber das ist im aktuellen System quasi unmöglich.

Wir können einen sehr hohen Autarkiegrad im Land/in der EU erreichen, aber eben nicht mit dem heutigen Steinzeitsystem.

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Ist richtig, nur ist mir der Zusammenhang mit dem Wasserstoff-Thema nicht ganz klar. Da geht es ja rein um die saisonale Speicherung (für kurzfristige Speicherung sind andere Technologien viel sinnvoller).

Wasserstoff ist als Speicher teuer und ineffizient, erneuerbare Überkapazitäten aber auch. Da gibt es halt ein optimales ökonomisches Gleichgewicht, das weder bei Null Überkapazität noch bei 100% erneuerbarer Grundlast liegt. Und dieses Gleichgewicht sagt Stand heutiger Prognose, dass eine durchaus signifikante Menge an saisonalen Speichern sinnvoll ist und wiederum Stand heute ist ein heißer Kandidat für diesen saisonalen Speicher Wasserstoff.

Die inter-europäische Stromverteilung ist auch in praktisch allen Szenarien eingepreist.

Ich würde sagen: SOLANGE es nicht geht brauchen wir andere Lösungen. Ich bin zugegebenermaßen nicht tief drin in diesem speziellen Thema, aber nach dem was ich so gelesen habe, brauchen wir mit einem globalen Stromnetz nicht vor 2050 rechnen. Interkontinentalen Energieaustausch brauchen wir aber schon deutlich früher.

Touristisches Fliegen ist keine Notwendigkeit, kann also komplett eingespart werden. Mir haut es jedes Mal den Vogel raus, wenn der zweite Satz zu EE der hoffentlich bald kommende Einsatz für Luftfahrt ist, dann ist Fliegen doch klimaneutral. Von wegen, das würde so viel der kostbaren Energie wegschlucken für den Spass von ein paar verwöhnten Prozent der Menschheit. Ausserdem die ganze in Schuss zu haltende Infrastruktur, die Flugzeuge selbst usw. Wenn das weiterhin so betrieben wird, dann ist die Menschheit wirklich zu blöd zum Überleben.

Hochgeschwindigkeitszüge sind ja auch schon problematisch, der Luftwiderstand steigt im Quadrat zur Geschwindigkeit, da machen die Züge keine Ausnahme. Dann ist man halt 4 Stunden im Zug anstatt 2. Wo wäre das Problem?