Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft

Im Pariser Klimaabkommen beschloss die Weltgemeinschaft, dass die Wirtschaft in den Jahren zwischen 2050 und 2100 treibhausgasneutral werden soll. Um die ambitionierten Ziele erreichen zu können, ist über den reinen Ausbau der erneuerbaren Energien hinaus eine grundlegende Transformation des Energiesystems notwendig. Wasserstoff wird als Energieträger u.a. im Verkehr eine entscheidende Rolle spielen. Für HEROSE, einen der weltweit führenden Hersteller von Tieftemperatur-Armaturen, ist das dementsprechend ein wichtiges Geschäftsfeld der Zukunft.

Null Emissionen, schnelle Tankzeiten, große Reichweiten – immer mehr Experten sind davon überzeugt, dass mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge die Zukunft der Mobilität sind. Eine wichtige Voraussetzung: ein flächendeckendes Tankstellennetz. Mehrere Autohersteller und Tankstellen-Konzerne haben dafür das Unternehmen H2Mobility gegründet. Für Deutschland planen die Verantwortlichen, bis 2023 rund 300 dieser Tankstellen zu schaffen. Und H2Mobility ist nur ein Beispiel.

Sicherer Tankvorgang, so schnell wie bei Benzin

Die technischen Anforderungen an Wasserstofftankstellen sind höher als bei herkömmlichen: An den Stationen lagert das Gas in Niederdruckspeichern bei etwa 20 bar. In den Tanks der Autos muss der Wasserstoff wegen der nötigen Energiedichte jedoch wesentlich stärker komprimiert werden. Also bringen Kompressoren das Gas zunächst bis auf 1000 bar, um es dann in Hochdrucktanks zwischen zu speichern. Damit sich das Gas beim Betanken nicht zu sehr aufheizt, passiert es einen Vorkühler. Der Tankvorgang selber dauert nicht länger als bei Benzin. Er wird elektronisch kontrolliert, bei 700 bar Druck im Tank wird abgeregelt. Die Reichweite einer Tankfüllung entspricht der eines Verbrennungsmotors. Falls der Druck unerwartet steigt, öffnet das Sicherheitsventil und lässt den Überdruck ungehindert in die Atmosphäre. Da Wasserstoff 13x leichter ist als Luft, entweicht er sofort nach oben und ist völlig ungefährlich. Auf dem Weg zwischen Tankstellenspeicher und Autotank sind Armaturen mit höchsten Sicherheitsstandards gefordert – hier kann HEROSE bereits liefern (mehr dazu am Ende des Artikels).

Foto: Linde

Automobilhersteller setzen zunehmend auf Wasserstoff

Wasserstoffautos werden wie E-Autos von einem Elektromotor angetrieben. Der Strom kommt jedoch nicht aus einer Batterie , sondern aus einer Brennstoffzelle. Innerhalb dieser Zelle sorgt eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff für die Entstehung dieses Stroms. Der große Vorteil: es treten keine Emissionen, sondern nur Wasserdampf aus. Zwar liegt der Fokus der Automobilindustrie zurzeit auf dem batterie-elektrischem Antrieb, die Hersteller verfolgen aber auch zunehmend die Wasserstoff-Technologie.

Aus erneuerbarem Strom wird Wasserstoff

Für die Herstellung von Wasserstoff sind zurzeit noch fossile Rohstoffe die wichtigste Quelle. Die wirtschaftlichste Methode ist dabei die so genannte Dampfreformierung: Wasserdampf und Erdgas werden bei Temperaturen von etwa 800° Celsius über einen Katalysator zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Nachteile: diese Art der Produktion setzt u.a. CO2 frei und ist energieintensiv. 
„Deshalb wird die elektrolytische Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbarem Strom – Power to Gas – zu einer Schlüsseltechnologie“, sagt Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Energie und Leiter am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. „Er kann die Mobilität klimafreundlicher machen, indem Autos, Busse und Züge mittels Brennstoffzellen auch auf langen Strecken nahezu emissionsfrei fahren. Wasserstoff bietet außerdem die Möglichkeit, erneuerbare Energien zu speichern – zum Beispiel im bereits existierenden Erdgasnetz. Er kann in sogenannten KWK-Anlagen rückverstromt werden, sodass beispielsweise Prozesse in Raffinerien oder in der Stahlerzeugung emissionsfrei betrieben werden. Die Potenziale sind vielfältig.“

Zur Gewinnung von „sauberem“ Wasserstoff laufen zahlreiche Projekte, wie zum Beispiel:

Eine gemeinsame Wasserstoffstrategie der fünf Küstenländer Hamburg, Schleswig-Holstein, Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern und Bremen koordiniert der Hamburger Wirtschaftssenator Michael Westhagemann. Er sagt: „Norddeutschland wird bei der Energieversorgung künftig eine wesentlich größere Rolle spielen als heutzutage, vor allem wegen des hohen Aufkommens an Strom aus Windparks an den Küsten und auf dem Meer.“ Und weiter: „Man muss ihn allerdings speichern können und Wasserstoff eignet sich dafür sehr gut.“ Gunnar Groebler, beim Energieunternehmen Vattenfall für erneuerbare Energien zuständig, sagt: „Wir gehen davon aus, dass man in der Nähe von Küsten – etwa in Brunsbüttel – Strom aus Offshoreanlagen künftig in großem Umfang zur Elektrolyse von Wasserstoff wird nutzen können.“

In Reußenköge bei Husum baut das Unternehmen GP Joule Deutschlands größte komplette Versorgungskette für „grünen“ Wasserstoff auf. Im Rahmen des Projekts „e-Farm“, das vom Bundesverkehrsministerium mit acht Millionen Euro gefördert wird, errichtet GP Joule direkt neben Windparks gelegen fünf Elektrolyseanlagen. Der dort erzeugte Wasserstoff soll an zwei Tankstellen in Husum und Niebüll verkauft werden. Zu dem Projekt zählen auch zwei Busse und fünf Pkw für die öffentliche Nutzung. Die Abwärme, die bei der Elektrolyse von Wasserstoff entsteht, soll in kommunale Wärmenetze eingespeist werden.

In Spanien hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im November 2018 die bisher größte Anlage zur solarthermischen Wasserspaltung vorgestellt. Sie steht nahe der andalusischen Stadt Almeria und heißt „Hydrosol-Plant“. Spiegel mit einer Gesamtfläche von 3.500 Quadratmetern lenken das Sonnenlicht auf einen Reaktor und heizen ihn bis auf 1.400 Grad Celsius auf. Keramische Schäume im Reaktor verlieren dabei Sauerstoff. In einem zweiten Schritt lässt man Wasserdampf in die Maschine eindringen, der wiederum Sauerstoff an die Schäume abgibt. Übrig bleibt Wasserstoff.

Wasserstoff: Topthema bei HEROSE

Als führender Armaturenhersteller beschäftigt sich HEROSE intensiv mit dem Thema Wasserstoff und seinen vielfältigen Möglichkeiten. Dirk Kohoutek, Produktmanager CRYOGENIC: „ Die Herausforderungen bei Wasserstoff-Tankstellen liegen einerseits in den hohen Drücken von bis zu 1000 bar, andererseits bei den Lagertemperaturen von -255 °Celsius. Zum Vergleich: LNG ist -162 °Celsius kalt, Stickstoff -196 °Celsius. Kohoutek: „Damit auch unter diesen Bedingungen absolute Dichtheit garantiert ist, setzen wir Faltenbälge ein und bieten Armaturen an, die aus Vollmaterial gefräst sind – aus V4A zum Beispiel.“

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