Für Anthony Patt könnten die ehrgeizigen Pläne Europas für eine Wasserstoffwirtschaft zu ehrgeizig sein und den Interessen der fossilen Brennstoffindustrie Vorrang vor denen der Energieverbraucher und des Klimas einräumen. Die Schweiz sollte vorsichtig sein, bevor sie voll auf den Zug aufspringt, argumentiert er.
Bei richtiger Herstellung und Verwendung kann Wasserstoff bei der Umstellung auf saubere Energie- und Industriesysteme viele Funktionen übernehmen. Wasserstoff kann Erdgas und Kohle in Industrie- und Fertigungsprozessen, bei denen hohe Temperaturen erforderlich sind, direkt ersetzen, Erdgas und Heizöl zur Beheizung von Gebäuden ersetzen und Benzin und Dieselkraftstoff zum Antrieb von Autos und Lastwagen ersetzen.
In Kombination mit CO2 Der direkt aus der Luft gewonnene Wasserstoff kann zur Herstellung kohlenstoffneutraler synthetischer Kraftstoffe verwendet werden, die Benzin, Heizöl, Diesel und Flugzeugtreibstoff ersetzen und als Ausgangsmaterial für kohlenstoffneutrale Chemikalien und Kunststoffe dienen könnten.
Und Wasserstoff kann als Speichermedium für Elektrizität verwendet werden und übertrifft Batterien, wenn es darum geht, große Mengen an Elektrizität über monatliche oder saisonale Zeiträume zu speichern. Aber Wasserstoff birgt auch einige Herausforderungen.
Die erste ist die Speicherung. Es wird Energie benötigt, um den Wasserstoff unter Druck zu setzen oder zu kühlen. Die kleinen Moleküle neigen dazu, durch viele Materialien zu diffundieren. Es gibt vielversprechende neue Möglichkeiten, wie die Verwendung von Nanomaterialien und die Umwandlung von Wasserstoff in andere Chemikalien für seine Speicherung, aber diese Technologien sind noch nicht ausgereift. reife. Zurzeit sind die Lagerkosten hoch.
Die zweite Herausforderung ist die Herstellung es. Gegenwärtig wird fast der gesamte Wasserstoff aus Erdgas hergestellt, wodurch große Mengen an CO2 in die Atmosphäre. Dies ist bekannt als grauer Wasserstoff und muss wegen der CO2 Emissionen, die er verursacht.
Blauer Wasserstoff wird ebenfalls aus Erdgas hergestellt, aber das CO2 wird aufgefangen und dauerhaft unterirdisch gespeichert, anstatt abgeleitet zu werden. Leider führt dies zu großen Mengen an ausgetretenem Erdgas, bei dem es sich hauptsächlich um Methan - ein starkes Treibhausgas - handelt.
Abbildung 1: Herstellung von grünem Wasserstoff: Durch Elektrolyse mit erneuerbarer Energie wird Wasser in Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 gespalten. Das H2-Gas wird per LKW oder über Pipelines transportiert. (Foto: scharfsinn86 / Adobe Stock)
Die sauberste Lösung, grüner Wasserstoffnutzt Strom aus kohlenstoffneutralen Energiequellen, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Dies ist jedoch äußerst ineffizient. Bis der Wasserstoff schließlich für Wärme oder Strom verbraucht wird, geht mehr als die Hälfte des Energiegehalts des ursprünglichen Stroms verloren (siehe auch diesen Blog-Beitrag).
Neue Bedenken gegenüber Wasserstoff
In jüngster Zeit hat sich ein drittes Problem herauskristallisiert: Wasserstoffleckagen. Bis vor kurzem wurden Leckagen lediglich als wirtschaftlicher Verlust betrachtet. Doch es steht weit mehr auf dem Spiel. Ausgelaufener Wasserstoff reagiert mit den knappen OH-Radikalen in der Atmosphäre. Dadurch bleiben weniger OH-Radikale übrig, die mit Methan reagieren können. Ausgelaufener Wasserstoff verlängert somit die Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre und verschlimmert seine Auswirkungen auf das Klima.
Die Forscher untersuchten diese Faktoren zusammen, um die Klimavorteile verschiedener Wasserstoffanwendungen zu bewerten Szenarien. Szenarien, in denen nur grüner Wasserstoff verwendet wird, bieten starke Klimavorteile im Vergleich zu den zu ersetzenden fossilen Brennstoffen, wenn man davon ausgeht, dass die Wasserstoffleckageraten niedrig sind. Sobald jedoch blauer Wasserstoff in den Mix eingeführt wird und von höheren Leckageraten ausgegangen wird, nehmen die Vorteile ab und verschwinden in einigen Fällen sogar ganz. So würde beispielsweise ein Szenario mit 30% blauem Wasserstoff und Leckageraten von mehr als 3% über einen Zeitraum von 20 Jahren zu einer stärkeren Erwärmung führen als die fossilen Brennstoffe, die durch Wasserstoff ersetzt werden.1
Wie viel Wasserstoff würde tatsächlich austreten?
Die Antwort ist, dass wir es nicht wissen, weil nur sehr wenig Forschung betrieben wurde. Es gibt Grund zu der Annahme, dass Wasserstoff mehr Leckagen aufweisen würde als Erdgas, und einige Schätzungen von Erdgasleckagen gehen von über 3%. Die bisher umfassendste Studie schätzt die wahrscheinliche Leckagerate für Wasserstoff auf 2,9 - 5,6%, räumt aber ein, dass sie möglicherweise höher.
Es gibt mächtige Lobbygruppen, die die politischen Entscheidungsträger dazu drängen, die Verwendung von Wasserstoff so weit wie möglich auszudehnen. Die Tatsache, dass diese Lobbyisten von Öl- und Gasproduzenten finanziert werden, ist keine Überraschung. Blauer Wasserstoff nutzt nicht nur Erdgas, sondern das Geschäft mit dem Vertrieb und Verkauf von Wasserstoff entspricht auch dem Wettbewerbsvorteil der fossilen Brennstoffunternehmen im Energiemarkt. Industrie. Viele Menschen, mich eingeschlossen, sind äußerst besorgt über die Folgen, die ehrgeizige Pläne zur Nutzung von Wasserstoff sowohl für die Energieverbraucher als auch für das Klima haben könnten.
Wasserstoff kann dazu beitragen, das Energiesystem zu sanieren, aber er birgt auch Risiken. Wir müssen mit ihm vorsichtig umgehen und seinen Einsatz dort vermeiden, wo es bessere Alternativen gibt. - Anthony Patt
Überall dort, wo eine direkte Elektrifizierung möglich ist - z. B. bei Wärmepumpen und batteriebetriebenen Elektroautos und -lastwagen - sind die Kosten für die Verbraucher bei einer Elektrifizierung weitaus geringer als bei einer Umstellung auf Wasserstoff oder wasserstoffbasierte Kraftstoffe. Unsere Energiemodelle zeigen auch, dass die Kosten für die Stromverbraucher weitaus geringer sind, wenn die politischen Entscheidungsträger die Versorgungssicherheit durch die Aufrechterhaltung des europäischen Stromhandels garantieren, anstatt auf unabhängige nationale Systeme umzusteigen, die Wasserstoffspeicher zur Überwindung lokaler saisonaler Schwankungen erfordern. Ungleichgewichte.
In ganz Europa gibt es ein ausgewogenes Angebot an nichtfossiler Elektrizität - Wind, Sonne, Wasserkraft und Kernkraft -, das ganzjährig Strom liefern kann, ohne dass die Hälfte der Energie durch Umwandlungsverluste bei der Speicherung verloren geht. Zu diesen Bedenken kommen die jüngsten Erkenntnisse über den Beitrag von Wasserstoff zur globalen Erwärmung hinzu.
Die politischen Entscheidungsträger stehen bereits vor der Herausforderung, die Erzeugung von sauberem Strom schnell genug zu steigern, um die fossile Stromerzeugung in den nächsten 20 Jahren schrittweise abzuschaffen; wenn der Strombedarf für die ineffiziente Erzeugung von grünem Wasserstoff hinzukommt, wird dies noch schwieriger. härter. Wenn sich die Energieverbraucher auf die Verwendung von Wasserstoff festlegen, aber der saubere Strom nicht ausreicht, um ausreichend grünen Wasserstoff zu erzeugen, müssen wir als Notlösung auf blauen Wasserstoff zurückgreifen. Das könnte eine Katastrophe für das Klima sein.
Beschränkung von Wasserstoff auf sinnvolle Anwendungen.
Die Schweizer Regierung hat sich gegenüber Wasserstoff weitaus zurückhaltender geäußert als viele andere europäische Regierungen, was ihr zugute kommt. Kürzlich hat der Bundesrat klar gesagt, dass er sich den Einsatz von Wasserstoff nur dort vorstellt, wo eine direkte Elektrifizierung unpraktisch. Die Regierung muss diese Position beibehalten und dem Druck der Wasserstofflobby und der Industrie für fossile Brennstoffe widerstehen, damit der Wasserstoff eine größere Rolle spielt. Aber die Regierung könnte mehr tun, um sicherzustellen, dass die Dinge nicht schief gehen.
Abbildung 2: Die politische Begeisterung für Wasserstoff ist derzeit groß. Für welche Anwendungen Wasserstoff tatsächlich eingesetzt werden soll, ist jedoch eine relevante Frage, die noch nicht geklärt ist. (Foto: Keystone)
Erstens könnte sie strengere Vorschriften erlassen, die jede künftige Verwendung von grauem oder blauem Wasserstoff verhindern. Zweitens könnte sie sich stärker dafür einsetzen, dass die Schweiz weiterhin am europäischen Strommarkt und am Stromübertragungsnetz teilnimmt, um die ineffiziente, kostspielige und potenziell klimaschädliche Speicherung von Wasserstoffstrom zu vermeiden. Drittens könnte sie gemeinsam mit anderen Ländern die Erforschung von Wasserstofflecks und technischen Lösungen zu deren Vermeidung finanzieren, um sicherzustellen, dass der Einsatz von grünem Wasserstoff nicht zu Lasten des Klimas geht.
Wasserstoff wird eine Rolle bei der Sanierung des Energiesystems und der Eindämmung des Klimawandels spielen, aber er birgt auch erhebliche Risiken. Wir müssen mit ihm vorsichtig umgehen und seinen Einsatz vermeiden, wenn es bessere Alternativen gibt.
If you are part of ETH Zurich, we invite you to contribute with your findings and your opinions to make this space a dynamic and relevant outlet for energy insights and debates. Find out how you can contribute and contact the editorial team here to pitch an article idea!
Interessanter Artikel, die Risiken sind nicht zu unterschätzen. Da könnte doch das wenig bekannte Methanol eine Alternative sein.