Wasserstoffwirtschaft in einer kohlenstoffneutralen Zukunft

Die Rolle der Wasserstoffwirtschaft in einer kohlenstoffneutralen Zukunft

Gemeinsam herausgegeben von Alicat & Crowcon

Das COP21-Abkommen von Paris hat sich verpflichtet, Maßnahmen zu ergreifen, um die globale Erwärmung unter 2°C zu halten, was bedeutet, dass die weltweiten jährlichen Treibhausgasemissionen bis 2050 um 85 % sinken müssen. Dies bedeutet eine Menge Arbeit für die beiden Sektoren, die am meisten zu den globalen Treibhausgasemissionen beitragen – Energie und Verkehr.

Hier werden wir die Frage stellen: “Ist Wasserstoff kohlenstoffneutral? “, untersuchen die Rolle der Wasserstoffwirtschaft bei der Entwicklung einer nachhaltigeren, kohlenstoffneutralen Zukunft und stellen dabei eine direkte Verbindung zu den UN-Nachhaltigkeitszielen 7 und 13 (erschwingliche und saubere Energie und Klimaschutz) sowie indirekt zu mehreren anderen Zielen her.

Ist Wasserstoff klimaneutral?

Zuallererst: Woher bekommen wir unseren Wasserstoff?

Die Methoden der Wasserstofferzeugung haben erhebliche Auswirkungen auf die Effizienz und die Umweltauswirkungen der Wasserstoffwirtschaft. Obwohl wir uns wünschen würden, dass der gesamte Wasserstoff völlig klimaneutral ist, ist dies nicht der Fall. Nachfolgend ist ein Farbsystem dargestellt, in dem Wasserstoff nach der Produktionsmethode kategorisiert wird:

  • Brauner Wasserstoff wird durch die Vergasung von Kohle hergestellt, die bei ihrer Verbrennung CO2 in die Luft abgibt.
  • Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas hergestellt.
  • Blauer Wasserstoff wird auf die gleiche Weise hergestellt wie grauer, aber die Technologien zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (CCS) verhindern die Freisetzung von CO2, so dass der abgeschiedene Kohlenstoff sicher tief unter der Erde gelagert oder in industriellen Prozessen verwendet werden kann.
  • Grüner Wasserstoff ist, wie der Name schon sagt, die sauberste Variante und erzeugt keine Kohlenstoffemissionen. Er wird hauptsächlich durch Elektrolyse mit Hilfe erneuerbarer Energien wie Wind- oder Sonnenenergie hergestellt, um einen sauberen und nachhaltigen Kraftstoff zu erzeugen. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) in Wasserstoff (H 2) und Sauerstoff (O ) aufgespalten, so dass keine Abfälle anfallen und alle Teile ohne Umweltbelastung verwendet werden. Wenn die für die Elektrolyse verwendete Energie aus erneuerbaren Quellen stammt, kann dies als “grüner Kraftstoff” gelten, da es keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt gibt.

Wir sind natürlich an grünem Wasserstoff interessiert – aber der macht nur einen kleinen Teil des in der Wasserstoffwirtschaft verwendeten Wasserstoffs aus. Glücklicherweise macht die Elektrolyse dank Unternehmen wie Siemens Energy und ITM Power technologische Fortschritte, und die industrielle Produktion von klimaneutralen grünem Wasserstoff wird immer mehr zur Realität.

Welche Rolle spielt also Wasserstoff, insbesondere grüner Wasserstoff, bei der Verringerung der Emissionen in den kohlenstoffintensiven Sektoren Energie und Verkehr?

Wasserstoffenergie für brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge

Da der Straßenverkehr für ca. 12 % aller Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, ist die Dekarbonisierung dieses Sektors entscheidend für das Erreichen der COP21-Ziele. Sowohl Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) als auch batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) können diese Zahl senken, indem sie umweltfreundlichere Alternativen zu Verbrennungsmotoren bieten. Das Wasserstoff-FCEV ist besonders vielversprechend, denn es stößt nur Wasser als Abgasprodukt aus und hat eine größere Reichweite und viel kürzere Betankungszeiten als BEVs. Diese Eigenschaften machen FCEVs zu einer guten Wahl für Lastwagen, Züge und Busse – und selbst große Automobil- und Flugzeughersteller verlagern ihren Schwerpunkt auf Forschungsabteilungen für Wasserstoff-Brennstoffzellen, um Klimaneutralität zu erreichen.

Statische Wasserstoff-Brennstoffzellen können Gebäude mit Strom versorgen und die Temperatur regulieren

Weitere 17,5 % der Treibhausgasemissionen stammen aus der Energie, die für den Betrieb von Gebäuden und die Temperaturregulierung verwendet wird. Abhilfe können groß angelegte Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme schaffen, die erneuerbare Energie für Gewerbe- und Wohngebäude liefern. Die mit Wasserstoff erzeugte Energie kann sogar an abgelegenen Orten genutzt werden, da sie sich gut mit der Solarzellentechnologie kombinieren lässt.

Statische Brennstoffzellen bieten auch Vorteile gegenüber Batterien – sie verlieren im Laufe der Zeit nicht an Reduktionskapazität und niedrigere Temperaturen führen nicht zu Leistungsverlusten.

Wasserstoff in Industrien mit hohem Anteil fossiler Brennstoffe

Auch andere energieintensive Branchen wie die Eisen- und Stahlindustrie arbeiten daran, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, indem sie Wasserstoff in die Energieerzeugung einbeziehen – mit dem zusätzlichen Vorteil, dass das Risiko gefährlicher Kohlenstoffprodukte wie Kohlenmonoxid minimiert wird. Eine vielversprechende Taktik ist die Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas in Erdgasnetzen, um die bereits vorhandene Infrastruktur zu nutzen und den Weg zur Klimaneutralität und zum Verzicht auf fossile Brennstoffe einzuschlagen.

Wie bei allen neu entstehenden Technologien gibt es sowohl technische als auch sozioökonomische Herausforderungen bei der breiten Einführung von Wasserstofftechnologien. Da grüner Wasserstoff jedoch klimaneutral ist und angesichts der potenziellen Vorteile der Wasserstoffwirtschaft und der Dynamik, die sie in letzter Zeit gewonnen hat, werden sich diese Systeme in den kommenden Jahren zweifellos stärker durchsetzen, um Klimaneutralität zu erreichen.