Die Wasserstoff-Ära: eine Vision verblaßt - wissenschaft.de
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Die Wasserstoff-Ära: eine Vision verblaßt

Lange Zeit galt Wasserstoff als die Energie der Zukunft. Doch dem Hoffnungsträger von einst droht eine Beerdigung erster Klasse. Die Technologie liegt zwar serienreif in der Schublade, doch die nötige Umstrukturierung der Energiewirtschaft läßt auf sich warten.

Sonntagsfahrverbot. Leere Autobahnen, explodierende Benzinpreise und drohende Energieknappheit – dieses gespenstische Szenario hat uns schon einmal bedroht: 1973. Keine Naturkatastrophe vermochte die Menschen der Industrienationen so in ihrem verschwenderischen Wirtschaften zu verunsichern wie damals der arabische Dreh am Ölhahn. Ein heilsamer Schock, ohne den manche alternative – also regenerative – Energiequelle kaum eine Chance gehabt hätte.

Gut zehn Jahre später: Der Gedanke des Energiesparens hat sich mittlerweile etabliert. Es waren die Atmosphärenwissenschaftler, die das apokalyptische Bild einer von Klimakatastrophen heimgesuchten Welt zeichneten. Schadstoffe wie Kohlendioxid, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und viele andere mehr galt es zu vermindern oder gar zu vermeiden. Wasserstoff (H2), das bis dahin fast vergessene Element, drängte sich geradezu als Wundermittel, als Lösung aller Energieprobleme auf.

In den letzten Jahren ist es leiser geworden um diesen leichtesten aller Stoffe, doch im stillen hat er sich weiter entwickelt und wartet nun auf seine wirtschaftliche Chance. Wasserstoff vereint in sich viele positive Eigenschaften. Er ist ein ungiftiges Gas, gut zu transportieren, leicht zu lagern und verbrennt frei von problematischen Emissionen zu Wasser. Selbst wenn H2 in einem Verbrennungsmotor bei höheren Temperaturen Stickoxide (NOx) entstehen läßt, gilt die Faustregel für benzinbetriebene Otto-Motoren nicht: Je weniger NOx, desto mehr CO2. „Die NOx-Emission läßt sich bei Wasserstoff-Motoren problemlos optimieren und durch geregelte Katalysatoren unter Kontrolle halten“, bestätigt Dr. Joachim Nitsch, Leiter der Abteilung „Systemanalysen und Technikbewertung“ bei der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart.

Auch um die Explosionsgefahr ist es in der Praxis nicht so schlimm bestellt, wie oft befürchtet wird. Seit 30 Jahren wird in der chemischen Industrie Wasserstoff erzeugt, und jedes Jahr rollen viele Millionen Kubikmeter H2 über unsere Autobahnen und Schienenwege – ohne einen einzigen spektakulären Unfall. Daß sich das Medium Wasserstoff beherrschen läßt, stellen derzeit auch die Hamburgischen Electricitätswerke AG (HEW) unter Beweis. Direkt neben zwei Kinderspielplätzen wird eine Brennstoffzellen-Anlage mit Wasserstofftank errichtet – „mit der Akzeptanz der Bevölkerung“, betont Johannes Altmeppen, Sprecher der HEW.

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Wasserstoff könnte der ideale Energieträger sein. Träger, nicht Quelle – und das ist ein entscheidender Nachteil des Wasserstoffs: Er kommt nicht solo vor, sondern fast ausschließlich – in Wasser oder Erdgas – an Sauerstoff- oder Kohlenstoff-Atome gebunden, von denen man ihn erst unter Aufwendung von Energie befreien muß. Wasserstoff-Nutzung heißt also grundsätzlich Wasserstoff-Abspaltung.

Ein bewährtes Verfahren dazu ist die Elektrolyse. Sie wird heute mit Strom aus dem üblichen Energiemix betrieben – und damit ist jede Umweltfreundlichkeit dahin, denn es gibt noch nicht genug CO2-frei erzeugten Regenerativ-Strom. Schlimmer noch: Durch hohe Umwandlungsverluste ist es weit sinnvoller, den Strom direkt zu nutzen, als ihn erst per Elektrolyse in Wasserstoff-Gas umzuwandeln, um daraus wieder Strom oder Bewegungsenergie zu gewinnen.

Aber, so betonen Verfechter der H2-Technologie, ohne Wegbereiter gelingt kein Schritt in die Wasserstoff-Zukunft, bei der Strom nur noch regenerativ erzeugt werden soll. „Schon heute hätte Wasserstoff in Großstädten seine Berechtigung, um nahezu emissionsfrei Busse zu betreiben“, meint Dr. Gerhard Olk, Leiter des Referats für Energietechnologien im Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Verkehr.

Wasserstoff könnte also dort Pluspunkte sammeln, wo es um neue, emissionsfreie Antriebskonzepte im Verkehr geht: in Ballungsräumen mit dichtem Verkehr und in sensiblen Ökosystemen – wie der Atmosphäre, in der Flugzeuge immer mehr zur Belastung werden.

Das grundlegende Problem des weltweit unterschiedlichen Energieverbrauchs vermag Wasserstoff freilich nicht zu lösen: In den Ländern, wo viel Strom verbraucht wird, reicht die solare Energie bei weitem nicht aus. Auch wenn noch so viele Berechnungen angestellt werden, daß beispielsweise Saudi-Arabien auf einem Prozent seiner Fläche Energie in Form solaren Wasserstoffs in der Größenordnung seiner bisherigen Erdölexporte herstellen könnte, der Preis raubt jeden Optimismus: „Wir brauchen zwei Kilowattstunden Energie, um Wasserstoff zu erzeugen, der wieder eine Kilowattstunde Strom liefern kann“, stellt Helmut Geipel, Leiter des Referats „Neue Energieumwandlungstechniken“ im Bundesforschungsministerium (BMBF) ernüchternd fest. „Rechnet man die Stromerzeugungskosten der Photovoltaik auf zwei Mark pro Kilowattstunde, kommt man bei Strom per solarem Wasserstoff auf mindestens das Doppelte.“

Die Chancen der Wasserstoff-Technologie sind damit untrennbar verbunden mit der Weiterentwicklung kostengünstiger regenerativer Energieformen. Gleichwohl verschiebt sich der Einsatz von Wasserstoff weiter in die Zukunft, wie Dr. Joachim Nitsch von der DLR in Stuttgart betont. Seine Ausführungen auf der letztjährigen Weltwasserstoff-Konferenz in Stuttgart gipfelten in dem Resümee: „Es besteht keine Notwendigkeit für eine rasche Markteinführung von Wasserstoff im Rahmen der gegenwärtigen Energiepolitik.“

Höchste Priorität müsse die Optimierung bestehender Techniken haben. Hierzu sei die Kraft-Wärme-Kopplung ebenso zu zählen wie die Effizienz-Steigerung von Heizungssystemen und die Minderung des Verbrauchs durch bessere Wärmedämmung.

Entscheidend sei – betont Nitsch – eine neue Energiestruktur. Nicht etwa auf der Basis von Wasserstoff, sondern auf der Basis des bestehenden Stromnetzes, in das auf lokaler und regionaler Ebene regenerative Energiequellen auszubauen und zu integrieren seien – wie Wasserkraft, Wind und Abfallbiomasse. Fossile Energieträger sollten dadurch allmählich zurückgedrängt und dem Verkehrssektor vorbehalten bleiben.

Wasserstoff scheint für unsere Gesellschaft nicht zu den dringenden Aufgaben zu gehören. Im Bundesforschungsministerium schätzt man die Chancen daher weit weniger euphorisch ein als noch vor wenigen Jahren. „Wir sehen derzeit keinen Energienotstand und setzen auf die Optimierung bestehender Technologien“, erklärt Helmut Geipel. „Es hat keinen Sinn, in große Demonstrationsobjekte einzusteigen“, erläutert er. „Wir wollen Einzeltechnologien wie die Brennstoffzelle fördern, die auch für andere Gase als Wasserstoff interessant ist, und die Elektrolyse optimieren, aber keine Dauersubventionsobjekte mehr unterstützen.“

Für das mit vielen Erwartungen begonnene Hysolar-Projekt ist somit kein Platz mehr. Gemeinsam mit dem BMBF, dem baden-württembergischen Wissenschaftsministerium und Forschungseinrichtungen in Saudi-Arabien war Hysolar im Jahr 1986 gestartet. Drei Photovoltaik-Anlagen wurden im Rahmen des Projektes entwickelt und in Betrieb genommen: eine 2-kW-Anlage in Jeddah, eine 10-kW-Anlage in Stuttgart und eine 350-kW-Anlage in Riyadh. Sie erzeugen noch heute Strom, der Wasserstoff in speziellen Elektrolyseuren spaltet. Ferner wurden viele Erkenntnisse in der H2-Nutzung durch Wasserstoffmotoren, Brennstoffzellen und flammenlose katalytische Brenner gewonnen.

„Wir konnten belegen, daß die solare Wasserstoff-Erzeugung mit einem vernünftigen Wirkungsgrad funktioniert“, berichtet Hartmut Steeb, Leiter der Abteilung Hysolar bei der DLR. „Hysolar hat dazu beigetragen, daß Deutschland heute auf verschiedensten Gebieten der Wasserstoff-Technik eine Spitzenstellung einnimmt. Die Ziele sind erreicht, jetzt muß es um die Wirtschaftlichkeit gehen.“ Das Forschungsprojekt ist seit 1995 zu Ende, der deutsche Geldhahn bleibt zu.

Schluß sein dürfte im Jahr 1999 auch mit den Solar-Wasserstoff-Aktivitäten im bayerischen Neunburg vorm Wald. Hier betreibt die Solar-Wasserstoff- Bayern GmbH, ein Konsortium der Unternehmen Bayernwerk (70 Prozent), BMW, Linde und Siemens (je 10 Prozent), mit einem Investitionsaufwand von 145 Millionen Mark das derzeit weltgrößte Versuchsfeld für solaren Wasserstoff. Vieles von dem, was hier entwickelt wurde, steht kurz vor der Marktreife. Das gilt sowohl für die Brennstoffzelle mit protonenleitender Membran – kurz PEM genannt -, die für den Antrieb von Straßenfahrzeugen vorgesehen ist, als auch für hocheffiziente Elektrolyse-Anlagen oder die H2-Betankungsstation. Was nach 1999 mit den Anlagen und vor allem mit dem Know-how geschehen soll, kann niemand sagen.

In das Reich der Utopie entrückt ist inzwischen das „Euro-Quebec Hydro-Hydrogen Pilot Project (EQHHPP)“. Unter Beteiligung der kanadischen Provinz Quebec, der Europäischen Gemeinschaft und 80 Industrieunternehmen aus 7 Ländern war ein futuristisch anmutender Energietransfer geplant: In Kanada sollten 100 Megawatt (Wasser-) Kraftwerkleistung in großem Stil zur Wasserstoff-Gewinnung genutzt werden. Eine eigene Flotte spezieller Tankschiffe hätte jährlich über 600 Gigawattstunden Energie in Form flüssigen Wasserstoffs über den Nordatlantik nach Hamburg transportieren sollen. Hier wären Busse, Brennstoffzellen und dezentrale Heizwerke mit einem umweltfreundlichen Gas versorgt worden, was trotz des langen Transportweges noch immer um die Hälfte billiger gewesen wäre als in Deutschland hergestellter Wasserstoff.

Quebec produziert in zwei Anlagen inzwischen soviel Wasserstoff wie ganz Westeuropa zusammen: 20 Tonnen am Tag. Doch auf die Wasserstoff-Schiffe wartet Hamburg bisher vergebens. Das liegt weder an Kanada noch an den Tankschiffen, sondern daran, daß in Deutschland kaum jemand etwas mit Wasserstoff anfangen kann. Dazu kommt, daß der Stromtransport über den Umweg Wasser-Schiff einen Konkurrenten bekommen hat: Die Gleichstromübertragung per Hochspannung hat ganz neue Perspektiven für den Stromtransport über weite Distanzen eröffnet. „Durch neue Materialien sind selbst Stromtransporte von Island nach Europa mit relativ geringen Verlusten denkbar geworden“, erklärt Dr. Michael Häusler von Asea Brown Boveri AG.

So ist von dem ehrgeizigen Euro-Quebec-Projekt nichts mehr übriggeblieben, bis auf das bereits erwähnte Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk in Hamburg-Altona. Da man dort nicht warten wollte, bis der Wasserstoff aus Kanada kommt, bezieht die HEW ihren Wasserstoff von der Firma Linde im bayerischen Ingolstadt.

Hamburg ist auch Ort einer Entwicklung, die H2 für Flugzeuge salonfähig machen soll. In deutsch-russischer Zusammenarbeit zwischen den Flugzeugbauern Tupolev und der Daimler-Benz Aerospace Airbus GmbH wird ein Wasserstoff-Flugzeug entwickelt. Eine dreißigsitzige DO-328 wird derzeit auf Wasserstoff umgerüstet. Dr. Hans-Wilhelm Pohl, Leiter des Projektes „Cryoplane“, setzt auf die langjährige Erfahrung der Russen mit gasgetriebenen Flugzeugen und hofft, daß die Maschine in drei Jahren tatsächlich abheben wird.

Das Signal auf Stopp stellte dagegen der Daimler-Benz-Konzern in Sachen Wasserstoff-Motor für den Lkw- und Busantrieb: Das zum Jahreswechsel ausgelaufene Hypasse-Projekt in Karlsruhe wurde nicht verlängert. Hypasse steht für „Hydrogen Powered Applications Using Seasonal and Weekly Surplus of Electricity“ und hatte zum Ziel, die Infrastruktur für eine H2-Erzeugung aus Überschuß-Strom zu errichten und einen Wasserstoff-Bus zu entwickeln.

„Die Technik ist ausgereift, und wir können jederzeit Busse bauen. Unsere Forschung daran ist beendet“, begründet Wolfgang Scheunemann, Sprecher der Daimler-Benz AG, die Entscheidung. Scheunemann beruft sich dabei auf die Erfahrungen, die das Unternehmen schon 1984 bis 1988 beim „Berliner Flottenversuch“ mit fünf Pkw und fünf Transportern gewonnen hat.

Auch Konkurrent MAN testet seit 1996 einen Wasserstoff-Bus mit Verbrennungsmotor im täglichen Personenverkehr: Das Prinzip ist keine Utopie mehr, es bewährt sich täglich neu. Anreize für weitere Forschung bietet offensichtlich nur noch die Brennstoffzelle für den Verkehr.

Mit einem Wirkungsgrad von rund 40 Prozent – gegenüber 17 bis 20 Prozent bei Verbrennungsmotoren – liefert die Wasserstoff-betriebene PEM-Brennstoffzelle einen vielversprechenden Antrieb für Busse. Die Prototypen sollen in zwei Jahren von MAN und Neoplan vorgestellt werden. Das kanadische Unternehmen „Ballard Power Systems“ präsentierte bereits letztes Jahr einen 275-PS-Brennstoffzellen-Bus, drei weitere Busse starten dieses Jahr zum Feldtest in Chicago. Auch der von Daimler-Benz vorgestellte Kleintransporter Necar II basiert auf der Membrantechnik von Ballard.

Daneben verläuft die Entwicklung der Brennstoffzelle vielversprechend. Dabei muß Wasserstoff in Deutschland nicht einmal eigens für teures Geld hergestellt werden: Jährlich werden 19 Milliarden Kubikmeter produziert – ein Großteil davon als unerwünschtes Nebenprodukt: in Steamcracern der Petrochemie oder bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse, sinnlos verheizt oder abgefackelt mangels Abnehmer. „Allein mit dem Nebenprodukt Wasserstoff aus der Chemie könnte man 5000 Stadtbusse betreiben“, schätzt Reinhold Wurster von der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH.

Der staatlichen Förderung und den industriellen Entwicklungsabteilungen bleibt derweil das Kunststück, ihre Forschung auf unbestimmte Zeit warmzuhalten, um irgendwann marktreife Lösungen anbieten zu können. Joachim Nitsch: „Deutschland muß wasserstoff-fähig bleiben und darf seine Technik nicht aufgeben, auch wenn es vorerst nur Nischenplätze dafür gibt.“

Martin Boeckh

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