Wohlstand edition 21: 20 Plädoyers für einen nachhaltigen und sozialen Markt

Von Gerd Schreiner

Denken und Schreiben, Schreiben und Denken gehören zusammen. Wir
haben dieses Buch geschrieben, weil wir unser Denken schärfen wollen.
Und weil wir mit Ihnen über unsere Gedanken ins Gespräch kommen
wollen.
Unser Land ringt um die richtigen Antworten für die wirklich wichtigen
Fragen von Wohlstand und Nachhaltigkeit, Frieden und Gerechtigkeit.
Wir auch.
Die CDU-Landtagsfraktion in Rheinland-Pfalz hat sich neu aufgestellt,
gemeinsam mit Praktikern aus allen Bereichen der Gesellschaft. Zusammen wollen wir über die vermeintlichen Grenzen der Politikfelder
hinweg immer gute, möglichst neue, manchmal vielleicht überraschende Antworten finden und den Menschen Mut machen auf die Zukunft.
Denn: Das Wichtigste ist der Mut.
Wir wünschen Ihnen Freude beim Lesen und würden uns freuen, wenn
Sie Ihre guten Gedanken und Ihre Antworten mit uns teilen würden.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: tredition
• Erscheinungsdatum: 30. Jan. 2022
• ISBN: 9783347555822

Buchvorschau

Wasserstoff als Energieträger der Zukunft? Ein Leichtgewicht wird zum Schwergewicht.

von Martin Brandl

Deutschland hat sich nicht nur als erstes Industrieland zum Ausstieg aus Kohle- und Kernenergie entschlossen, sondern möchte auch bis 2045 vollständig klimaneutral werden. Während der Ausbau regenerativer Energien voranschreitet, stehen wir insbesondere bei Speicherung und Transport des erzeugten Stroms weiterhin vor Herausforderungen.

Wasserstoff ist der Treibstoff des Universums

In den letzten Jahren hat es Wasserstoff vom Randthema in den Mittelpunkt energiepolitischer Debatten geschafft. Doch was verbirgt sich hinter dem Element mit dem Symbol „H"? Wasserstoff ist das erste und das leichteste Element des chemischen Periodensystems. Wasserstoff ist auf unserem Planeten deutlich seltener als im gesamten Universum. Auf das Universum gesehen sind 90 von 100 Atomen Wasserstoff.Dennoch füllt sein bekanntestes Reaktionsprodukt Wasser ganze Weltmeere auf unserem Planeten. Doch der in Wasser gebundene Wasserstoff hat schon chemisch mit Sauerstoff reagiert und ist energiearm. Energiereich ist hingegen molekularer Wasserstoff. Dieser ist reaktiv und geht bereitwillig chemische Reaktionen ein, in denen Energie frei wird. Erzeugt werden kann molekularer Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser:

2 H2O → 2 H2 + 1 O2

Dieser molekulare Wasserstoff kann zur Synthese energiereicherer Moleküle genutzt werden. Diesem Prinzip bedient sich auch die Natur. Uns allen ist vermutlich aus der Schule in Erinnerung geblieben, dass während der Photosynthese Sauerstoff entsteht. Dieser stammt aber nicht aus Kohlenstoffdioxid, sondern aus der Spaltung von Wasser durch Sonnenenergie. Der dabei entstandene Wasserstoff wird zur Reduktion von Kohlenstoff bzw. Synthese von Glukose genutzt. Hierüber werden wiederum über Zwischenstufen fast sämtliche Lebewesen der Erde mit Energie versorgt.

Es lässt sich sagen, dass die größten Teile der auf der Erde gebundenen chemischen Energie irgendwann durch die Elektrolyse von Wasser durch elektromagnetische Strahlung im Zuge der Photosynthese entstanden sind. Abgestorbene Meerestiere und -pflanzen sanken auf den Meeresboden und wurden zu Erdöl, abgestorbene Teile von Wäldern wurden über Jahrtausende zu Kohle.

Die menschliche Zivilisation profitiert also schon seit ihrem Anfang von der Möglichkeit chemische Energie über die Elektrolyse von Wasser in Form von Wasserstoff und reduziertem Kohlenstoff zu speichern. Zuerst nutzten wir Holz, um Feuer zu erzeugen. Später erkannten wir die Vorteile von Erdöl und -gas. Nun möchten wir die Synthese, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff ohne kohlenstoffbasierten Träger zu einem zentralen Pfeiler unserer Energieversorgung zu machen.

„H2 hat das Potenzial neben Strom die zweite große Währung des Energiemarktes zu werden und kohlenstoffhaltige Träger chemischer Energie zu verdrängen. Doch um den „Zahlungsverkehr mit Wasserstoff abwickeln zu können braucht es eine eigene Infrastruktur.

Doch was sind eigentlich die Vorteile dieser neuen „Währung" gegenüber kohlenstoffhaltigen Vehikeln?

Erdöl und Erdgas sind über Jahrmillionen entstanden, indem Biomasse, die ausgehend von der in Glukose gebundenen Sonnenenergie gebildet und in sauerstoffarmer Umgebung zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt wurde. Dieser Prozess lässt sich umgehen, indem wir molekularen Wasserstoff direkt nutzen.

Kohlenstoff als Energieträger ersetzen

Der größte Vorteil ist aber, dass kohlenstoffhaltige Photosyntheseprodukte wieder über Jahrmillionen in Kohle und Öl umgesetzt werden können und dabei Kohlenstoffdioxid gebunden wird, während der bereits gebundene Kohlenstoff in der Erde bleibt und nicht mehr durch Verbrennung freigesetzt wird.

Was brauchen wir, um künftig auf dem Energiemarkt mit Wasserstoff handeln zu können?

In erster Linie brauchen wir ausreichende und wirtschaftlich nutzbare Elektrolyse-Kapazitäten.

Um Energiespitzen regenerativer Energiequellen effizient in Form von Wasserstoff speichern zu können, muss unter anderem ein dezentrales System von Elektrolyseuren geschaffen werden.

Wasserstoff kann Wind- und Sonnenstrom speichern

Als Beispiel kann ein Projekt der Stadtwerke Mainz dienen. Im „Energiepark Mainz wurde eine skalierbare Elektrolyse-Leistung von bis zu sechs Megawatt aufgebaut. Damit werden die Spitzen des benachbarten Windparks abgefangen und gespeichert. Der synthetisierte Wasserstoff wird aktuell in das Erdgas-Netz eingespeist oder an regionale Abnehmer in der Industrie verkauft. Das „Nebenprodukt Sauerstoff wird genutzt, um Klärschlamm aufzuarbeiten.

Eine wirtschaftliche Nutzung solcher Projekte bleibt in Deutschland kurz-, mittel und wahrscheinlich auch langfristig allerdings nur mit massiven staatlichen Förderprogrammen möglich.

Im Gegensatz dazu ist die Produktion in Ländern des Nahen Ostens, Nordafrika oder auch Südamerikas (Chile) deutlich wirtschaftlicher. Die Produktionskosten anhand deutlicher höherer Energiespitzen aus regenerativen Energiequellen sind um ein Vielfaches niedriger als in Deutschland und Europa.

Gerade durch diese überschüssige grüne Energie wäre es denkbar und in ersten Projekten auch konkretisiert, dass der produzierte Wasserstoff verflüssigt und per Schiff nach Europa transportiert werden könnte.

Der Aufbau solcher „virtuellen" Pipelines per Schiff könnte dauerhaft die Versorgung mit grünem Wasserstoff in großen Mengen sicherstellen.

Die Abnehmer im Verkehrssektor sind aber nach wie vor rar. Um die hohen Investitionskosten der Wasserstoff-Infrastruktur rentabel werden zu lassen, muss eine regionale Nachfrage geschaffen werden.

Hier setzt das Projekt „H2Rivers" der Metropolregion Rhein-Neckar an. Zum einen sollen Wasserstoff-Tankstellen geschaffen, zum anderen mit Wasserstoff angetriebene Busse beschafft werden.

Die beiden exemplarischen Projekte setzen an unterschiedlichen Stellen des Produktzyklus von Wasserstoff an. Und das ist gut so!

Wasserstoff wird erst dann als Vehikel breite Akzeptanz auf dem Energiemarkt finden, wenn er ausreichend verfügbar ist, transportiert werden kann und sich ausreichend Abnehmer finden. Mit dieser Gewissheit lohnen sich Investitionen für Privatunternehmer und die technische Transformation gewinnt an Geschwindigkeit.

Doch auch wenn es immer mehr Projekte wie den „Energiepark Mainz gibt, in dem „grüner Wasserstoff dezentral produziert wird, reicht das in Deutschland verfügbare Angebot lange nicht aus, um den Energiebedarf der deutschen Volkswirtschaft zu decken. Deshalb sollten wir kurzfristig als Übergangsenergieträger auch in der Industrie produzierten „blauen Wasserstoff" als Teil des Wasserstoffmarktes akzeptieren. Gerade in der Metropolregion Rhein-Neckar hat die ansässige chemische Industrie ausreichend hohes Potenzial, um die Region vorläufig mit Wasserstoff zu versorgen.

600 PS, 1.000 Km Reichweite… …der Langstrecken-Lkw mit Brennstoff-zelle ist schon auf der Straße -

Nichtsdestotrotz ist das mittelfristige Ziel nicht nur den deutschen Strommarkt mit regenerativen Energien versorgen zu können, sondern auch „grünen Wasserstoff" breit verfügbar zu machen.

Gerade im Verkehrssektor bietet Wasserstoff eine praktikable Alternative zu Strom als Treibstoff.

Die Erzeugung von ausreichend hohen Mengen grünen Stroms ist eine notwendige Herausforderung, die uns an die Grenzen unserer Möglichkeiten bringen wird. Es wird nicht zu schaffen sein, gleichzeitig fossile Brennstoffe im Verkehrssektor durch „grünen Wasserstoff" aus Deutschland oder Europa zu ersetzen.

Deutschland ist eines der dichtest besiedelten Länder in Europa. Der Ausbau von Wind- und Sonnenenergie bringt schon jetzt aufgrund des Flächenbedarfs gesellschaftliche Spannungen mit sich.

In Rheinland-Pfalz können wir diese Spannungen hautnah verfolgen. Beispielsweise denkt die Landesregierung laut darüber nach, Windräder im UNESCO-Biosphärenreservat Pfälzerwald zu bauen. Damit würde der Arten- und Naturschutz gegen den Klimaschutz aufgewogen, was vermieden werden sollte.

Der Ausbau von offshore Windparks in der Nord- und Ostsee bietet weniger Konfliktpotential. Die erforderliche Infrastruktur zum Energietransfer von Nord nach Süd hingegen schon.

In meinen Augen müssen wir uns darauf einstellen, dass wir uns auf absehbare Zeit nicht selbst mit regenerativer Energie versorgen werden können, sondern Energieimportland bleiben.

Im Norden Deutschlands nutzen die skandinavischen Länder, die ihnen zur Verfügung stehenden, ungleich größeren Wasserflächen für gigantische offshore Windparks.

In Ländern mit hohen Potentialen für Windkraft und Photovoltaik, bei gleichzeitig verhältnismäßig niedrigem Stromverbrauch, lässt sich deutlich günstiger grüne Energie gewinnen und in flüssigem Wasserstoff speichern. Diese Synergien müssen wir nutzen.

Deutschland kann den entscheidenden Beitrag zur globalen Energiewende bei der Entwicklung der notwendigen Technologien leisten.

Wasserstoff braucht neue Infrastrukturen zur Verteilung

Gerade beim Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur gibt es immer noch zahlreiche technische Probleme zu lösen: Die Elektrolyseure sind teilweise noch zu ineffizient. Hier braucht es effizientere Katalysatoren.

Auch der Transport von Wasserstoff bleibt eine große Herausforderung. Elementarer Wasserstoff ist extrem schwer zu lagern. Er ist nicht nur reaktiv, sondern kann durch seine geringe Größe in Metalle eindringen und macht sie porös. Die Verflüssigung oder Umsetzung zu anderen Energieträgern wie Methanol ist aber immer noch sehr energieintensiv.

Flüssiger Wasserstoff hat jedoch einen anderen Vorteil: Er ist, wie alle verflüssigten Gase, extrem kalt. In kombinierten Pipelines könnte der verflüssigte Wasserstoff genutzt werden, um Supraleiter zu kühlen, die sehr effizient Strom transportieren. Damit würde sich der energetische Aufwand zur Verflüssigung wieder auszahlen.

In Projekten der nationalen Wasserstoffstrategie wird genau an diesen Technologien geforscht. Professorin Tabea Arndt vom Institut für technische Physik am Karlsruher Institut für Technologie forscht an den oben genannten Technologien und koordiniert das Projekt.

Während auf der rechten Rheinseite in Karlsruhe die akademische Forschung stattfindet, wird auf der linken Seite im Daimler-Werk in Wörth am wasserstoffgetriebenen LKW getüftelt. Auch hier könnte die verfügbare Kälte flüssigen Wasserstoffs die Architektur neuer hocheffizient Antriebsstränge möglich machen.

grüner Wasserstoff und deutsche Ingenieurskunst „rocken" die Energiewende

Nehmen wir das Potential von chemischer Industrie, Automobilindustrie und akademischer Forschung in der Metropolregion Rhein-Neckar zusammen, sitzen wir in einer der Herzkammern der technologischen Transformation. Die hier entwickelten Technologien können weltweit ausgerollt werden und den deutschen Beitrag zur globalen Decarbonisierung darstellen.

Wasserstoff und Innovation… …eine mit Wasserstoff tiefgekühlte Stromtrasse- transportiert den Strom ohne Verluste

Das ist auch der Beitrag, den wir in internationale Wasserstoff-Allianzen mit