Ein bisher wenig beachtetes Problem von grünem Wasserstoff ist der Grundstoff Süßwasser. Wird die Elektrolyse in sonnenreichen, aber wasserarmen Gegenden durchgeführt, muss Meerwasser entsalzt werden.
Entsalzungsanlagen sind eine Lösung für das Wasserproblem der Elektrolyse, verschärfen jedoch die ökologische Situation vor Ort durch Versalzung.
irabell / Getty Images / iStock
Die Elektrolyse ist lange bekannt und soll unter Einsatz regenerativer Stromquellen für grünen Wasserstoff sorgen, eines der zentralen Elemente einer Energiewende. "Die Wasserstoff-Herstellung ist theoretisch auf Basis der Sonnenenergie durch Elektrolyse aus Wasser möglich, wobei keine schädlichen Nebenprodukte entstehen", beschreibt Springer-Autor Cornel Stan in seinem Buchkapitel Der energetische Wasserkreislauf: Natur – Elektrolyse – Maschine – Natur auf Seite 138 die Technologie.
Deutschland hat, um den absehbaren und sehr großen Wasserstoffbedarf in Zukunft zu decken, zwei Milliarden Euro in der insgesamt neun Milliarden Euro schweren Nationalen Wasserstoffstrategie für Projekte bereitgestellt, die im Ausland entwickelt werden sollen, insbesondere in sonnenreichen Gegenden der Erde wie dem südlichen Mittelmehrraum, Vorderasien oder Chile. Hier gibt es die Mengen an Sonnenenergie, die im eher sonnenarmen Gebiet zwischen Alpen und Nordsee nicht vorhanden sind.
Wassermangel korrespondiert mit Sonnenreichtum
Ein Problem dabei: Gerade in diesen sonnenreichen Gebieten herrscht meist auch Wassermangel. Eine Elektrolyse benötigt jedoch sehr sauberes Süßwasser, und zwar neun Liter je Kilogramm Wasserstoff. In manchen Verfahren bedarf es sogar höchster Reinheitsgrade.
In großen Mengen vorhanden wäre Salzwasser. Das jedoch müsste entsalzt werden. Infrage kommen dafür mehrere Verfahren wie Verdunstung oder Umkehr-Osmose. Die nötige Energie dafür käme ebenfalls aus günstigem Sonnenstrom, denn die benötigte Energiemenge von 5 bis 6 kWh je Kubikmeter gewonnenen Süßwassers erheblich ist.
Allerdings haken all diese Verfahren an mehreren Nachteilen. Der eine ist die Effizienz. Bei Umkehr- Osmose etwa gewinnt man aus 100 Litern Meerwasser maximal 40 Liter Süßwasser. Der Rest wird für den Prozess benötigt oder bleibt als Reststoff übrig.
Nun ist dieser Rest kein reines Meersalz, das man verwerten könnte, sondern hoch kontaminierte und konzentrierte Salzlauge. Innerhalb der EU würde diese entsorgt oder verbrannt werden müssen, und zwar in speziellen Verbrennungsanlagen. In den von der Bundesregierung avisierten Gebieten gibt es jedoch solche Anlagen nicht. Bisher werden dort verschiedene Verfahren der Entsalzung genutzt, um Trinkwasser zu gewinnen. Die dabei entstehenden giftigen Schlämme werden ins Meer zurückgepumpt.
Nun könnte man hier von einem geschlossenen Wasserkreislauf ausgehen, weil das gewonnene Trinkwasser ja, wenn es vor Ort verbraucht wird, wieder ins Meer zurückfindet und die rückgepumpten Konzentrate verdünnt.
Salzgehalt der Meere steigt schon jetzt
Doch selbst diese Rechnung geht nicht auf. Im Arabischen Golf ist heute schon eine Zunahme des Salzgehaltes nur aufgrund der dort installierten Trinkwassergewinnungsanlagen zu konstatieren. Das ermittelten 2017 Wissenschaftler des Department of Water Resources Engineering der schwedischen Universität Lund.
Der Salzgehalt lag dort im Durchschnitt 1996 bei 0,42 Gramm je Liter und stieg bis 2008 auf 0,93 Gramm je Liter an. Bei einer Fortschreibung nur der Entsalzungskapazitäten für eine wachsende Bevölkerung würde der Meerwassersalzgehalt im Jahr 2050 gut 2,24 Gramm je Liter betragen.
Für das Mittelmeer konstatierten die Wissenschaftler für 1996 0,16 Gramm je Liter, für 2008 0,34 Gramm je Liter und für 2050 0,81 Gramm je Liter. Für das Rote Meer waren es 0,22 Gramm je Liter für 1996, 0,49 Gramm für 2008 und für 2050 1,16 Gramm je Liter. Die Ökosysteme können sich dieser Entwicklung nur schlecht oder gar nicht anpassen.
Schon heute produzieren die Entsalzungsanlagen auf der ganzen Welt täglich 142 Millionen Kubikmeter konzentrierter Salzlauge. Das Problem würde sich verschärfen, wenn der vor Ort gewonnene Wasserstoff in Deutschland verbraucht würde. Das durch die Oxydation entstehende Wasser würde fast komplett in die Nord- und Ostsee fließen und nur zu einem geringen Teil über die Donau ins Schwarze Meer.
Eine Lösung gäbe es nur, wenn es gelänge, diese Salzlauge einer Verwertung zuzuführen. Doch die müsste erst einmal erforscht werden. So gesehen ist eine industrielle Elektrolyse in zwar sonnenreichen, aber wasserarmen Gebieten bisher und bis es eine Lösung für die Salzlauge gibt keine Alternative. "Man könnte Grundwasserreserven […] aufbrauchen, wenn sicher wäre, dass in Zukunft genügend erneuerbare Energiequellen für Meerwasserentsalzung im großtechnischen Maßstab zur Verfügung stünden. Wenn diesbezüglich Unsicherheit herrscht, wäre Grundwasser "kritisch"", skizziert Springer-VS-Autor Konrad Ott in seinem Buchkapitel Nachhaltigkeit auf Seite 314 diesen Kreislauf, aus dem es derzeit kein Herauskommen gibt.