Wasserstoff, ein Luftschloss?

Kommentare zum Podcast
1

Hallo Lage,

in dieser (LdN358) und der vorherigen Folge (357) habt Ihr in Nebensätzen erwähnt, dass wir ein „Wasserstoff-Netz“ aufbauen müssen.

Das Thema Wasserstoff wurde hier im Forum bereits kritisch diskutiert und eine der Bitten dort war der Wunsch nach einem Interview mit einem Experten.

Ich möchte die Bitte wiederholen, denn meines Wissens ist es völlig utopisch, dass Deutschland jemals ein Wasserstoff-Netz, ähnlich des heutigen Erdgasnetzes haben wird und Ihr wiederholt nur den offiziellen Standpunkt der Bundesregierung.

Wasserstoff ist das kleinste Molekül des uns bekannten Universums. Es diffundiert praktisch durch alles und lässt sich nur unter großem Aufwand mit sehr tiefen Temperaturen (weniger als -200°C), oder hohem Druck (großer als 300 bar) speichern.
Kann sich jemand eine Pipeline vorstellen, die solche Randbedingungen erfüllt, oder ist mein Wissen veraltet?
Erhöht sich nun aus irgendeinem Grund die Umgebungstemperatur des Speichers wird es erst richtig lustig, denn dann hat man plötzlich zu viel Wasserstoff in seinem Speicher und muss den loswerden. Ein etwas humoristisches Video mit den Herausforderungen die BMW mit seinem mobilen (nicht stationärem) Wasserstoffspeicher gelöst hat findet sich hier.

Meines Wissens liegt die alternative (Lösung) bereits auf der Hand: man wandelt den grünen Wasserstoff direkt beim Erzeuger in Ammoniak (Haber-Bosch-Verfahren) oder Methan (Sabatier-Prozess) um. Beide Reaktionen sind exotherm.
Das hat den Nachteil, dass man einen Teil der Energie wieder verliert, aber den Vorteil, dass man vor Ort Wärme erzeugt. Falls die Anlage in der Wüste steht, dann ist die erzeugte Wärme natürlich Verlust, aber ich glaube dieser Verlust ist immer noch geringer als derjenige, den man mit dem Speichern und Transportieren von Wasserstoff in kauf nehmen müsste. Denn Ammoniak und Methan sind beides Stoffe, deren Transport und Speichertechnologie auf der ganzen Welt Verfügbar ist.

Falls es politische Hürden für Methan oder Ammoniak gibt, würden mich diese auch interessieren, denn eigentlich sollte es ja im Interesse der Chemiekonzerne, Erdgasnetzbetreiber und Analgenbauer sein auf Ammoniak und Methan statt Wasserstoff zu setzen.

5 „Gefällt mir“
2

Mein Einwand wäre, dass es dem Klima relativ egal ist, ob das entweichende/verbrennende Methan nun Methan oder Erdgas heißt.

Ich kenn mich zwar mit dem Haber Bosch nicht wirklich aus, aber wenn das CO2 dafür aus der Atmosphäre gewonnen werden soll, kommt nochmal einiges an Energiebedarf obendrauf, heißt die Verluste von Strom zu Wasserstoff zu Methan zurück zu Strom plus Transport dürften das Zeug entsprechend teuer und damit unattraktiv machen.

Wie sich Ammoniak zum Klimawandel verhält hab ich keine Ahnung, da muß sich wer anders zu äußern.

3

CO2 wird schon heute sein in der Energiewirtschaft aus dem Rauchgas mit Absorbern oder katalytisch abgeschieden. Damit vermeidet man einige Prozent Freisetzung. Gleiches gilt für die chemische Industrie.

Das KIT arbeitet aktuell sogar an Prozessen in denen das CO2 katalytisch als feste Kohle abgeschieden werden kann, denn die ist einfacher zu lagern. Leider ist der Durchbruch aber erst vor kurzem gelungen und so steckt die Technik noch in den Kinderschuhen.

Für eine Zeit lang haben wir dank der fossilen Industrien noch mehr als genug CO2-reiches Gas verfügbar. Ab 2040 bleiben dann vermutlich nur noch Nischen wie die Zement Industrie oder Importe aus China und anderen, die teils erst 2065 fossilfrei werden wollen. Danach hast du recht. Dann müssen wir CO2 aus der Luft holen.

Aber das wollen wir eigentlich ohnehin um den Treibhauseffekt etwas umzukehren. Ideen für geeignete Technologien gibt es reichlich. Beispielsweise große CO2 Absorber, PV-betriebene Zeppeline und vieles mehr. Nun müssen sie großtechnisch umgesetzt werden. Gewisse Gruppen haben sie leider viel zu lange als unnötig bekämpft und so deren Implementierung gebremst. Das rächt sich nun. CO2 sollte schleunigst als Rohstoff verstanden werden.

1 „Gefällt mir“
4

Es gibt schon erste Planungen für ein CO2-Netz CO₂ im Überblick | OGE

5

Das stimmt. Leider kommt das so etwa 10 Jahre zu spät. Die populistische Anti-CCS Lobby (vorangetrieben vor allem von Union und Grünen) hat dem Klima, der Forschung und dem Wirtschaftsstandort maßgeblich geschadet.

1 „Gefällt mir“
6

Es gibt ja bereits bestehende Wasserstoffpipelines. Das ist keine neue Technik.

Außerdem ist es nicht vorgesehen, Wasserstoff bis zum letzten Haus zu bringen (hoffentlich).

7

Was wieder die Frage aufwirft, warum man vor zehn Jahren in einem politisch gewogeneren Umfeld die Weichen nicht entsprechend stellen konnte.
Anscheinend war auch dort die Skepsis größer als der Gestaltungswille.
Die ersten Hersteller experimentieren anscheinend schon mit Heizungen, die Ammoniak in Wasserstoff umwandeln können.
Hier scheint, wenn dann, die Zukunft zu liegen.

Wenn ich die technologieoffen geförderte in 2024 eingebaute Wasserstoff-Ready-Gas-Heizung damit betreiben möchte, muss ich ihn irgendwie dort hinbringen.

8

Teilweise wird es zumindest als Möglichkeit vorgegaukelt. Ich sag nur H2-Ready Gasheizung, Technologieoffenheit und ein Blick ins aktuelle „Heizungsgesetz“

1 „Gefällt mir“
9

Ich weiß, das rentiert sich aber nicht. Leitungen bis ins Haus zu ertüchtigen ist etwas komplizierter. Zum Teil fehlt schlicht das Volumen. Wasserstoff nimmt viel mehr Platz rein bei gleichem Heizwert.
Dadurch dass nicht alle Häuser ihre Gasheizung umstellen auf H2 werden die Leitungen auch nicht mehr für jedes Haus Rendite bringen (von jetzt 20 Häusern einer Straße vielleicht nur noch 5).

Genau der richtige Begriff. „Technologieoffen heißt nach Abwägung aller Argument Entscheidungsschwäche“. (Stammt nicht von mir, hat ein Energieexperte in einem Interview von sich gegeben)

1 „Gefällt mir“
10

Ja, wat denn nun? Ist CO2 jetzt ein wertvoller Rohstoff oder Sondermüll, den man unter die Erde verpresst?

11

Das war mehr oder weniger von Anfang an ein Argument, wieso gegen Wasserstoff lobbyiert wurde. Platt gesagt, das Zeug verschwindet einfach und es kommt nichts bei den Verbrauchenden an. Etwas sachlicher ist die Leckagerate in alten Gaspipelines wohl 1-3 mal höher als bei Erdgas (https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/H2_Transportouten_Abschlussbericht.pdf). Das ist mehr als zu verschmerzen (bei Erdgas stört es zumindest ökonomisch nicht mal die wirklich großen Leakagequellen im Up- und Midstream anzugehen: Revealed: 1,000 super-emitting methane leaks risk triggering climate tipping points | Greenhouse gas emissions | The Guardian). Das Problem ist also tatsächlich nicht das wesentliche der Wasserstoffwirtschaft. Zudem hat @Christoph schon auf bestehende H2 Pipelines hingewiesen. Da gibt es also technische Lösungen.

12

Das Ausmaß des Netzes, was jetzt beschlossen wurde ist aus meiner Sicht jedoch tatsächlich zu hinterfragen. Nicht unbedingt aus Sicht der hier schon angesprochenen Diskussion um Wasserstoff in der dezentralen Gebäudewärme. Das würde das Netzt nur noch weiter aufblähen. Es ist vor allem fraglich, ob die hinterlegten Nachfragemengen wirklich in dem Ausmaß jemals bestehen werden. Da besteht die Gefahr, dass deutlich zu viele Pipelines eingebaut wurden und damit Stranded Assets erzeugt werden.

Mit ein Grund ist, dass es nicht klar ist ob nicht doch Derivate importiert werden. Ammoniak ist da eine der Formen. Der Vorteil ist beispielsweise, dass es teilweise in der Industrie ohnehin aus H2 umgewandelt wird. Auch in der Schifffahrt wird Ammoniak gerade als eine Kraftstoffoption der Zukunft diskutiert. Wenn das so kommt, dann wird aber vermutlich ein weniger umfangreiches Netz benötigt.

Was Methan angeht. Theoretisch ist es praktisch, weil nichts umgestellt werden muss (Netze und Nutzende). Allerdings ist neben der schlechteren Effizienz auch eine Kohlenstoffquelle notwendig. Hier wurden von @Barnabas schon einige Gründe genannt. Ich würde allgemein ergänzen, das vieles der Aircapture Verfahren noch weit von einer Einsatzbereitschaft ist und wenn es kommt vermutlich sehr teuer. Kohlenstoff wird absehbar eine knappe Ressource sein. Die sollte dort eingesetzt werden, wo er wirklich notwendig ist. Das wären beispielsweise synthetische Kraftstoffe für die Luftfahrt. In den Mengen wie er für einen breiten Einsatz von Methan notwendig ist wir es aber verdammt teuer und da helfen dann auch die auf den ersten Blick so angenehmen Vorteile nicht.

13

Fakten sind besser als glauben :wink:. An sich kann man sich so etwas über die Wirkungsgrade der einzelnen Teilschritte herleiten. Wie so oft ist die Antwort aber ein es kommt darauf an. Wasserstoff und die Derivate werden nicht aus einer einzigen Region zu uns kommen. Allein die Transportdistanz hat Auswirkungen auf Teile der Effizienz und den überhaupt verfügbaren Optionen. Aus Nordafrika kann es per Pipeline gehen, aus Südamerika gibt es diese Option nicht. In der Hochlaufphase wird ein Teil aus Nachbarländern wie Dänemark kommen. Da ist die Transportdistanz vergleichsweise kurz. Die Umwandlung in weitere Derivate ist in solchen Fällen nicht unbedingt vorteilhaft, wenn am Ende reiner Wasserstoff benötigt wird. Hier fällt der Schritt und damit Effizienzverluste des Herauslösen aus z.B. Ammoniak weg. Ich finde leider gerade eine dazu passende Abbildung nicht, wenn doch, dann reiche ich sie noch nach. Anschaulich ist es immer einfacher zu verstehen.

Ansonsten hilft aber vielleicht noch das hier: https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/at/Documents/presse/at-deloitte-wasserstoffstudie-2023.pdf
S. 39 zeigt ganz gut, dass es ein Nebeneinander mehrerer Derivate sein werden dürfte. Es ist also nicht nur Wasserstoff (auch wenn da gerade der Hype liegt), sondern auch einige der von dir angesprochenen Optionen.

14

Nur weil ich CO2 in Gesteinsschichten verpresse wird er doch nicht gleich zu Sondermüll. Stattdessen kann ich ihn auch dort lagern bis ich sinnvollere Verwendung dafür finde, zumal es die Freisetzung in die Atmosphäre reduziert (hätte).

Kohlenstoff ist der Grundstoff in allen organischen Chemikalien und er wird es auch bleiben, denn dazu gibt es keine Alternativen. Es ist und war völlig absurd kohlenstoffhaltige Moleküle lieber weiter in die Atmosphäre zu pumpen, obwohl man bessere Ansätze kannte. Aber da war halt mal wieder die German Angst, die stets vermag jede vernünftige Idee zu zerreißen.

15

Dann verlinke doch ein paar Anwendungsfälle, die im Ausland schon länger im großen Stil eingesetzt werden.

1 „Gefällt mir“
16

Einer der Gründe sind EE. Die sind in der Energiewirtschaft wesentlich attraktiver als fossile Kraftwerke mit CCS. Es waren nicht nur Wiederstände aus Politik und Gesellschaft, die zum Ende der Projekte geführt haben. CCS ist schlicht auch zu teuer gewesen: Rückzug: Vattenfall gibt Forschung zu CCS weitgehend auf - DER SPIEGEL

Ein weiterer Fehler der CCS Forschung war, dass sich massiv auf die Energiewirtschaft fokussiert wurde. Schon damals war an sich klar, dass es die Technologie braucht. Aber man hat sich überwiegend auf Kohle und Gas konzentriert, wo es eben bessere Optionen gab und gibt. Der Widerstand war also nicht immer unbegründet, nur eben auch nicht zu Ende gedacht.

2 „Gefällt mir“
17

Okay, falsch ausgedrückt. Die Alternative ist intensive staatliche u private Forschung u Entwicklung daran. So dass man sie einsetzen kann sobald die Rahmenbedingungen passen. Stattdessen hat man hier CCS verboten, wodurch jede Forschung daran (vor allem für Unternehmen) langfristig uninteressant geworden ist.

Darüber hinaus fehlten lange ausreichend hohe CO2 Preise als dass man Prozesse groß ausgerollt hätte. Aber bspw Vattenfall hat am Oxyfuel Verfahren gearbeitet, aber wieder eingestellt weil die Bürokratie nach Jahren erfolgreichen Betriebs nein sagte.

Die Wirtschaft war sogar schon 2011 bereit im groß zu investieren, aber musste wegen der fehlenden Rechtslage aufgeben.

Meanwhile in Kanada arbeiten bspw. schon Großanlagen

oder baut Australien seine Anlagenflotte aus.

Klar, das sind dünn besiedelte Länder, so dass NIMBYs leichter die Augen zudrücken, aber damit sind sie uns meilenweit voraus.

Manche Unternehmen begreifen Kohlenstoffoxyde auch bereits als Rohstoff. So hat Bayer eine CO-Pipeline zwischen einigen Werken gebaut. In Betrieb gegangen ist sie wegen Anwohner und Umweltschutzklagen leider bisher nicht.

Auch bekannt ist mir die Firma Ciech, die aktuell die CO2 Abscheidung und Rückführung in ihrer Sodaproduktion erforscht. Leider habe ich dazu keinen Link, kenne die Arbeiten aber noch aus meiner Forschungszeit.

Ich würde schon sagen, dass auch die chemische Industrie CCS seit über einem Jahrzehnt auf dem Schirm hat. Aber klar, den aktuell größten Hebel haben wir aktuell noch in der Energiewirtschaft und daher ist das dort so präsent.

Zustimmen würde ich aber bei der Einschätzung, dass damals schon klar war, dass wir CCS brauchen werden. Leider haben einige auch CCS sei nur nötig um die fossile Industrie am Leben zu halten und eine Ablehnung führe zur schnellen Abschaltung. Ich denke diese ganz oder garnicht Mentalität hat uns Jahre auf dem Gebiet gekostet.

Aber so ist das in Deutschland oft. Das Gegenteil von gut gemacht ist, wie Gottfried Benn so schön ausdrückte, gut gemeint. Und darin sind wir Deutschen absolute Weltspitze. :wink:

2 „Gefällt mir“
18

Wasserstoffnetze bestehen schon seit vielen Jahren. Oft in Industriehäfen und Industriegebieten.
Dieses wird in Rotterdam nun weit ausgebaut.

Das ist technisch wirklich keine Herausforderung mehr. Das gilt auch für das stationäre Speichern von Wasserstoff.

Die technische und damit auch wirtschaftliche Herausforderung ist die Effizienz des Wasserstoffes.
Ich verstehe zum Beispiel noch nicht warum nicht mehr über dezentrale stationäre Brennstoffzellen gesprochen wird, anstatt H2-Gas Turbinen Kraftwerke. Die Effizienz ist höher, wenn Kommunen ein Fernwärmenetz gleichzeitig anbieten.

ABER: ich würde niemals H2 in privaten Haushalten einsetzen, weil die Sicherheitsstandards um ein vielfaches höher sein müssen als bei Erdgas. Das treibt die Kosten nochmals und das Risiko, dass nicht alle Hausbesitzer die Sicherheitsstandards einhalten, ist ebenfalls gegeben.

3 „Gefällt mir“
19

Ein Teil der Antwort ist, dass die Diskussion aktuell sehr stark aus Sicht des Stromnetzes geführt wird. Gerade die ÜNB wollen hier gerne schon morgen konventionele regelbare Kraftwerke stehen haben. Hier wird die Systemsicherheit als yentrales Kriterium genannt und dann auf bekannte Technologie gesetzt. Da haben Gasturbinen (vermeintlich H2 ready), dann den Vorteil, dass sie vergleichsweise geringe Investitionskosten haben und das System etwas „bekanntes“ bekommt. Abegesehen davon, dass Brennstoffzellen noch nicht in dem Umfang eingesezt werden ist auch einfach absehbar nicht genug Wasserstoff vorhanden. Also lieber mit einer Gasturbine planen, die auch dann noch funktioniert, wenn der Wasserstoff nicht kommt.

Zu dem zweiten Punkt. Bei den Turbinen geht es ja oft auch um den Einsatz als Felxibilitätsoption für das Stromnetz. Durch KWK könnten da auch mit Gasturbinen zumindest theoretisch eine recht hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Die Standorte müssen also nicht mit denen übereinstimmen, wo es auch eine Verwendung für die Abwärme gibt. Zudem ist der Einsatz eben flexible und nicht unbedingt etwas, was für die Versorgung eines Wärmenetzes als zentrales Element mit reinspielt. Ja, es kann da helfen, aber sicherlich nicht in dem Umfang, wie es zunächst vermuten lässt. Potential wäre aber zumindest theoretisch da, wenn man das systemisch denkt, z.B. wird eine Groß-Wärmepumpe heruntergefahren und parallel werden mittels Brennstoffzelle oder H2-KWK Strom und Wärme erzeugt.

20

Das Dilemma scheint mir zu sein, dass es einen gravierenden industriellen Mismatch gibt wenn wir eine Technologie hochfahren wollen, die auf eine andere Technologie angewiesen ist, die wir herunterfahren wollen. Wir hätten neue Pfadabhängigkeiten geschaffen, die einen längeren Betrieb fossiler Kraftwerke in der Abwägung begünstigt.
Bei unvermeidlichen industriellen CO2-Quellen, mag CCS&Co ein hilfreicher Baustein sein. Aber das Herunterfahren der Fossilen Energiewirtschaft hat in der Klimabilanz gegenüber dieser „Nischenanwendung“ doch das größere Gewicht.

2 „Gefällt mir“