Warum ist Wasserstoff keine Energiequelle?
Warum ist Wasserstoff keine Energiequelle?

Warum ist Wasserstoff keine Energiequelle?

Warum eine Wasserstoffwirtschaft keinen Sinn macht

Der Brennstoffzellen-Experte Ulf Bossel erklärt in einer aktuellen Studie, dass eine Wasserstoffwirtschaft eine Verschwendungswirtschaft ist.

Die große Menge an Energie, die erforderlich ist, um Wasserstoff aus natürlichen Verbindungen (Wasser, Erdgas, Biomasse) zu isolieren, das leichte Gas durch Kompression oder Verflüssigung zu verpacken, den Energieträger an den Benutzer zu übergeben, plus die Energie, die bei der Umwandlung in praktische Elektrizität mit verloren geht Brennstoffzellen, bleiben etwa 25 % für die praktische Nutzung übrig – ein inakzeptabler Wert, um eine Wirtschaft in einer nachhaltigen Zukunft zu führen. Nur Nischenanwendungen wie U-Boote und Raumfahrzeuge könnten Wasserstoff verwenden.

„Es wird mehr Energie benötigt, um Wasserstoff aus natürlichen Verbindungen zu isolieren, als jemals aus seiner Verwendung zurückgewonnen werden kann“, erklärt Bossel gegenüber PhysOrg.com.

„Daher wäre es nicht sinnvoll, den neuen chemischen Energieträger aus Erdgas herzustellen, da dies den Gasverbrauch und den CO2-Ausstoß erhöhen würde. Stattdessen müssen die schwindenden fossilen Energieträger durch Energie aus erneuerbaren Quellen ersetzt werden.“

Während Wissenschaftler weltweit die Technologie zusammengefügt haben, hat Bossel einen breiteren Blick darauf geworfen, wie praktisch die Verwendung von Wasserstoff zum Transport von Energie wäre.

Seine energetische Gesamtanalyse einer Wasserstoffwirtschaft zeigt, dass hohe Energieverluste, die zwangsläufig aus physikalischen Gesetzen resultieren, eine Wasserstoffwirtschaft niemals sinnvoll machen werden.

„Die von Journalisten gepriesenen Vorteile von Wasserstoff (ungiftig, verbrennt Wasser, Wasserstoffreichtum im Universum usw.) sind irreführend, weil die Produktion von Wasserstoff von der Verfügbarkeit von Energie und Wasser abhängt, die beide immer seltener werden und können zu politischen Themen werden, so wie es heute Öl und Erdgas sind“, sagt Bossel.

„Es gibt jetzt viel Geld auf dem Gebiet“, fährt er fort. „Ich denke, es war ein Fehler, mit einer ‚Präsidentschaftsinitiative‘ anstelle einer gründlichen Analyse wie dieser zu beginnen.

Unsummen wurden zu früh zugesagt, und inzwischen prostituieren sich selbst gute Wissenschaftler, um Forschungsgelder für ihre Studenten oder Labore zu bekommen – sonst riskieren sie, gefeuert zu werden. Aber die Gesetze der Physik sind ewig und können nicht durch zusätzliche Forschung, Risikokapital oder Mehrheitsbeschlüsse geändert werden.“

Auch wenn viele Wissenschaftler, darunter Bossel, voraussagen, dass die Technologie zum Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in greifbare Nähe gerückt ist, wird ihre Umsetzung niemals wirtschaftlich sinnvoll sein, argumentiert Bossel.

„Am Markt müsste Wasserstoff mit seinem Energieträger konkurrieren, also mit (grünem) Strom aus dem Netz“, sagt er. „Aus diesem Grund ist die Schaffung eines neuen Energieträgers eine No-Win-Lösung, und wir müssen ein Energieproblem lösen, kein Energieträgerproblem.“

Ein verschwenderischer Prozess

Bossel analysiert in seiner Studie verschiedene Methoden zur Synthese, Speicherung und Bereitstellung von Wasserstoff, da sich keine einzige Methode als überlegen erwiesen hat. Zunächst einmal kommt Wasserstoff nicht natürlich vor, sondern muss synthetisiert werden.

„Letztendlich muss Wasserstoff zu Beginn aus erneuerbarem Strom durch Elektrolyse von Wasser hergestellt werden“, erklärt Bossel, „und dann wird sein Energiegehalt mit Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt, wenn er mit Sauerstoff zu Wasser rekombiniert wird.“ Wasserstoff von Wasser trennen durch Die Elektrolyse benötigt enorme Mengen an elektrischer Energie und Wasser.“

Außerdem ist Wasserstoff keine Energiequelle, sondern nur ein Energieträger. Als Träger ähnelt es Wasser in einer hydraulischen Heizung oder Elektronen in einem Kupferdraht. Bei der Anlieferung von Wasserstoff, ob per Lkw oder Pipeline, sind die Energiekosten um ein Vielfaches höher als bei etablierten Energieträgern wie Erdgas oder Benzin.

Selbst die effizientesten Brennstoffzellen können diese Verluste nicht wettmachen, fand Bossel. Zum Vergleich: Die „Wind-to-Wheel“-Effizienz ist bei Elektroautos mindestens dreimal höher als bei Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugen.

Ein weiteres Problem ist die Lagerung. Bei der Speicherung von flüssigem Wasserstoff muss aus Sicherheitsgründen ein Teil des Gases verdunsten – das bedeutet, dass ein Auto nach zwei Wochen die Hälfte seines Kraftstoffs verlieren würde, selbst wenn es nicht gefahren wird.

Außerdem stellte Bossel fest, dass die Ausgangs-Eingangs-Effizienz nicht viel über 30 % liegen kann, während fortschrittliche Batterien eine Zykleneffizienz von über 80 % haben. In jeder Situation, so Bossel, überwiegt der Energieeintrag die abgegebene Energie um das Drei- bis Vierfache.

„Um die Leistung einer Anlage über Wasserstoff und Brennstoffzellen an stationäre oder mobile Verbraucher zu liefern, müssen etwa vier erneuerbare Kraftwerke errichtet werden“, schreibt er.

„Drei dieser Anlagen erzeugen Energie, um die parasitären Verluste der Wasserstoffwirtschaft zu decken, während nur eine nützliche Energie produziert.“

Dieser Umstand, so zeigt er, lässt sich durch technologische Verbesserungen nicht ändern. Stattdessen basiert der Einviertel-Wirkungsgrad auf den notwendigen Prozessen einer Wasserstoffwirtschaft und den Eigenschaften von Wasserstoff selbst, z. B. seiner geringen Dichte und seinem flachen Siedepunkt, die die Energiekosten der Kompression oder Verflüssigung und die Investitionskosten der Speicherung erhöhen.

Die Alternative: Eine Elektroökonomie

Wirtschaftlich bedeutet der verschwenderische Wasserstoffprozess, dass Strom aus Wasserstoff und Brennstoffzellen mindestens viermal so viel kostet wie Strom aus dem Netz. Strom würde effizienter genutzt, wenn er stattdessen direkt zu den Geräten geleitet würde. Wenn Drähte jetzt den ursprünglichen Strom liefern könnten, könnten bis zu 90 % in Anwendungen verwendet werden.

„Die beiden Schlüsselthemen einer sicheren und nachhaltigen Energiezukunft sind die Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen und die Suche nach der höchsten Energieeffizienz von der Quelle bis zum Service“, sagt er. „Unter diesen Möglichkeiten ist Biomethan [das in einigen Gebieten bereits zum Betanken von Autos verwendet wird] ein wichtiger, aber nur kleiner Teil der Energiegleichung. Strom aus erneuerbaren Quellen wird dabei die dominierende Rolle spielen.“

Für Bossel bedeutet das den Aufbau einer effizienten „Elektronenökonomie“. In einer Elektroökonomie würde die meiste Energie mit höchster Effizienz über Strom verteilt und der kürzeste Weg in einer bestehenden Infrastruktur beschritten werden.

Die Effizienz einer Elektronenökonomie wird nicht durch verschwenderische Umwandlungen von physikalischer in chemische und von chemischer in biologische Energie beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu basiert eine Wasserstoffwirtschaft auf zwei Umwandlungen (Elektrolyse und Brennstoffzellen oder Wasserstoffmotoren).

„Eine elektronische Wirtschaft kann den kürzesten, effizientesten und wirtschaftlichsten Weg bieten, um die nachhaltige ‚grüne‘ Energie zum Verbraucher zu transportieren“, sagt er.

„Außer Biomasse und etwas Sonnen- oder Erdwärme werden Wind, Wasser, Sonne, Erdwärme, Wärme aus der Müllverbrennung usw. als Strom verfügbar. Elektrizität könnte Autostrom, angenehme Gebäudetemperaturen, Wärme, Licht, Kommunikation usw. liefern.

„In einer nachhaltigen Energiezukunft wird Strom zum wichtigsten Energieträger. Wir müssen unsere Forschung jetzt auf Stromspeicher, Elektroautos und die Modernisierung der bestehenden Strominfrastruktur fokussieren.“

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