Wasserstofftechnik

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Im einführenden Teil geht es zunächst um die Frage, warum das Thema Wasserstoff von Interesse ist. Was bewegt mich, zu Erzeugung, Transport, Speicherung, Verflüssigung, Anwendung von Wasserstoff und weiteren Sachthemen ein viele Facetten umfassendes Fachbuch zu schreiben, obwohl es bereits Literatur gibt, die sich vornehmlich mit Wasserstoff beschäftigt, und die Anzahl der weltweit in den letzten Jahren erschienenen Studien und Untersuchungen schon unübersichtlich groß ist?

Thomas Schmidt

2. Eigenschaften des Wasserstoffs

Zusammenfassung

Lassen Sie uns zu Beginn unseres Eintauchens in die Welt des Wasserstoffs zunächst einen kleinen Exkurs in die Astrophysik wagen. Eines der großen Rätsel der Physik ist die Frage nach dem Ursprung des Wassers und des Wasserstoffs und damit des Lebens auf unserer Erde. Bis vor einigen Jahren war einhelliger Tenor der einschlägigen Wissenschaftler, dass der Einschlag von Kometen aus unserem Sonnensystem für das Vorhandensein von Wasser und Wasserstoff auf unserem Planeten verantwortlich sei. U. Walter (2016, S. 128 – 131) gibt hierauf heute eine differenzierte Antwort.

Thomas Schmidt

3. Die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoffprojekten

Zusammenfassung

Im nachfolgenden Abschnitt wird einleitend zunächst ein anlegbarer Wasserstoffpreis im Mobilitätsmarkt gesucht. Danach werden die wesentlichen Schritte einer Wirtschaftlichkeitsrechnung vorgestellt, die einen wichtigen Baustein eines Wasserstoffprojektes darstellt, und die Erkenntnisse am Beispiel der Elektrolyse vertieft.

Thomas Schmidt

4. Technologiepfade mit Wasserstoff

Zusammenfassung

Im folgenden Abschnitt wird die heute praktizierte Erzeugung des Wasserstoffs und seine Verwendung vorgestellt. Das kleinste Molekül des Universums bietet die Chance, im Bereich der Energieversorgung und als Rohstoff in der Industrie eine Schlüsselrolle in der Transformation unserer Welt zu einer karbonfreien Zukunft zu übernehmen. Zwei Varianten markieren einerseits eine größtmögliche und andererseits eine vom Umfang her bescheidene Lösung, die beide in diesem Abschnitt beschrieben werden. Dabei wird einerseits der überwiegende Teil des Wasserstoffs importiert, auf der anderen Seite wird der in Deutschland benötigte Wasserstoff auch hierzulande erzeugt.

Thomas Schmidt

5. Die Erzeugung von Wasserstoff

Zusammenfassung

Bereits im Abschnitt 4 wurde darauf hingewiesen, dass zum erforderlichen Hochlaufen einer Wasserstoffwirtschaft ausreichende Mengen zur Verfügung stehen müssen. Im folgenden Abschnitt werden daher zunächst die herkömmlichen Technologien zur Wasserstofferzeugung vorgestellt, die in die Rubrik „großtechnische Erzeugung“ fallen. Im zweiten Schritt sollen die Verfahren behandelt werden, die zukünftig einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen leisten können und bei denen mittel- bis langfristig das Ziel einer großtechnischen Produktion erreicht werden kann.

Thomas Schmidt

6. Der Transport von Wasserstoff

Zusammenfassung

Der erzeugte Wasserstoff muss als Energieträger oder als Grundstoff von der Erzeugungsstelle zum Ort der Verwendung transportiert und verteilt werden. Beides kann sowohl leitungsgestützt oder über die Straße oder den Wasserweg mit geeigneten Verkehrsmitteln und Speicherbehältern erfolgen. Im folgenden Abschnitt werden die heute üblichen Transport- und Verteilungsschritte für Wasserstoff behandelt und, wo es geboten erscheint, auf bedeutsame Unterschiede zu dem im Gastransport eingesetzten Erdgas hingewiesen.

Thomas Schmidt

7. Energiewandlungsmaschinen für Wasserstoff

Zusammenfassung

Im nachfolgenden Abschnitt werden Maschinen vorgestellt, die im Rahmen der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger zur Druckerhöhung in Transport- und Verteilungssystemen oder in Wasserstofftankstellen benötigt werden oder wie im Fall der Expansionsanlage unter geeigneten Betriebsbedingungen für Strom und Kälte sorgen können. Stationäre Gasmotoren und Gasturbinen sind ebenfalls Energiewandlungsmaschinen, die gegebenenfalls im Rahmen der Sektorkopplung für die Rückverstromung des in Rohrleitungen zuvor eingebrachten Wasserstoffs in Frage kommen. Daher lohnt sich der Blick auf die geschilderte Vielfalt an Energiewandlungsmaschinen.

Thomas Schmidt

8. Die Verflüssigung von Wasserstoff

Zusammenfassung

Die Verflüssigung von Wasserstoff als LH₂ gehört neben der Verflüssigung des Edelgases Helium zu den aufwendigsten Verflüssigungsprozessen der modernen Kältetechnik. Dies ist auf den sehr niedrigen Siedepunkt des Wasserstoffs bei annähernd Umgebungsdruck zurückzuführen. Der Siedepunkt liegt mit knapp 20 K nur wenig oberhalb des absoluten Nullpunktes. Damit unterschreitet er auch die mit rund 112 K niedrige Verflüssigungstemperatur der seit Jahrzehnten praktizierten Erdgasverflüssigung als LNG um ein Vielfaches.

Thomas Schmidt

9. Speicher für den Wasserstoff

Zusammenfassung

Wasserstoff lässt sich wie Erdgas über längere Zeiträume und in größeren Mengen speichern und kann auf diese Weise die Verbindung zwischen dem Strom-, dem Gas- und dem Wärmesektor unter Einbeziehung des Verkehrsbereiches unterstützen. Im Abschnitt 4.3 wird dargelegt, dass bei der Erfüllung zukünftiger Verbrauchsszenarien ein ausreichender Speicherraum für die Unterbringung von Wasserstoff erforderlich ist. Der nachfolgende Abschnitt beschäftigt sich mit der Unterbringung größerer und auch begrenzter Wasserstoffmengen für die Verwendung als Energieträger und Grundstoff in der Industrie und im Mobilitätssektor.

Thomas Schmidt

10. Anwendungen für Wasserstoff

Zusammenfassung

Der Wasserstoff kann die industrielle Welt, die häusliche Wärme- und Stromversorgung und unser Mobilitätsverhalten in der Zukunft entscheidend verändern. Der Verweis „Prognostizierte Verwendung des Wasserstoffs in den verschiedenen Sektoren“ in Bild 4.11 und 4.12 im Abschnitt 4.3 reflektiert, dass zukünftig mit einer entwickelten Wasserstoffwirtschaft unter Einbeziehung von H₂-Importen der Verkehrssektor vom Wasserstoff erobert werden kann. Gleichermaßen im Focus stehen die Sektoren Industrie und Wärmemarkt.

Thomas Schmidt

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