Grenzen der Wasserstoffnutzung und Brennstoffzelle. Wasserstoff ein schlechter Energieträger

Grenzen der Wasserstoffnutzung, Wasserstoff ein schlechter Energie-Träger

Es ist längst klar, daß die Wasserstoffwirtschaft aus physikalisch-technischen Gründen zwangsläufig in massiver Energieverschwendung mündet und deshalb ökonomisch nur in Nischen Anwendung finden kann.

Wasserstoff ist lediglich ein (ziemlich schlechter) ‚sekundärer Energieträger’, denn der  Ingenieur und Brennstoffzellen – Forscher Dr. Ulf Bossel hat die Verluste der Wasserstoffkette genau ausgerechnet: Von der Energie, die im Strom steckt, kommen nur 57 % im Wasserstoff an. Beim komprimieren von gasförmigem Wasserstoff gehen weitere 13 % Energie verloren. Bei der Verflüssigung belaufen sich die Verluste sogar auf 30 bis 40 %. Auch der Transport von Wasserstoff ist äußerst aufwendig. Um die Energie zu transportieren, die in einem Benzintanklastzug steckt, braucht man bis zu 22 LKW. Ist der Wasserstoff dann endlich im Auto und wird in der Brennstoffzelle wieder zurück in Strom verwandelt, gehen weitere 50 % der noch verblieben Energie verloren.

Damit belaufen sich die Verluste der Wasserstoffkette auf insgesamt 75 bis 80 %.

Für eine globale Versorgung nach dem Vorbild fossiler Energieträger ist Wasserstoff ungeeignet. Weltweit gibt es Mitte 2006 gerade mal 119 Wasserstoff-Tankstellen (Stand 2006).

Trotz der verschiedensten Herstellungsmethoden bedarf es in allen Fällen einer starken Primärenergiequelle und eines hohen Energieeinsatzes. Will man z.B. der Energiebedarf der BRD komplett mit solarerzeugtem Wasserstoff decken, so würde dies dem heutigen Stand der Technik entsprechend eine Fläche von mindestens 200 x 200 km (z.B. in Nordafrika) erfordern, die komplett mit Solarzellen bestückt werden müsste (Stand 1989).

Die Elektrolyse z.B. verbraucht die 4-fache Energiemenge der des resultierenden Wasserstoffs. Bei der Elektrolyse – und auch sonst, wenn sich Sauerstoff und Wasserstoff vermischen – entsteht außerdem ein sehr gefährliches Knallgasgemisch. Neben der schnel­len Annodenabnutzung ist die Wasserstoffherstellung mit dieser Methode 2-3 Mal so teuer wie die Herstellung aus Erdgas.

Bei der thermischen Wasserspaltung ist das Problem die Trennung des entstehenden Gasgemischs bei hoher Tempera­tur. Lange hatte man große Probleme mit dem Einsatz geeigneter Trennmaterialien.

Für die Herstellung von Wasserstoff mittels chemischer Verfahren werden oft aggressive und z.T. sogar giftige, schwer herstellbare Stoffe benötigt. Die Katalysatoren sind auch sehr teuer, Rutheniumpulver zum Beispiel kos­tete 1976 rund 4.700 DM pro Kilogramm.

Eine weitere Verlustquelle ist das Speichern und Lagern von Wasserstoff. Da er, bezogen auf sein Volumen, nur sehr wenig Energie enthält, muß er mit hohem Energieaufwand in Druckbehältern komprimiert oder durch Abkühlen auf minus 253°C verflüssigt werden. Außerdem sind hohe Transportverluste einzukalkulieren: Überquert z.B. ein mit Flüssigwasserstoff beladenes Tankschiff den Atlantik, dann geht dabei ein Drittel seiner Fracht verloren. Da die Transporttemperatur immerhin noch minus 162°C beträgt (so z.B. auf dem Wasserstoff-Tanker ‚Golar Freeze’, der auch eine kleine, aber umso heftigere Nebenrolle in dem Film SYRIANA mit George Clooney spielt), wird verständlich, daß die Transportkosten beim Wasser­stoff um 30 – 50 % höher liegen als beim Erdgas.

Die Speicherung großer Mengen über einen längeren Zeit­raum hinweg kann nur in dichten Salz- oder Erdgaskaver­nen erfolgen. Da der Wasserstoff erst bei minus 250°C kondensiert, erfordert seine Verflüssigung eine sehr hohe Energie­investition. Um 1 kg H2 vom gasförmigen in den flüssigen Zustand zu überführen sind 10 – 20 kWh erforderlich! Der Siedepunkt des Wasserstoffs liegt 20° über dem abso­luten Nullpunkt.

Die Anwendung hoher Drücke ergibt ein weiteres Risiko neben der Detonations­gefahr, die Kälte- und Druckisola­tionen müssen also dementsprechend umfangreich ausfallen.

Bei der gasförmigen Anwendung hat Wasserstoff einen sehr stark versprödenden Einfluß auf die meisten Werkstoffe. Die zu seiner Speicherung notwendigen Tanks sind schwer und voluminös, so hat 1 t flüssiger H2 ein Volumen von 14 m3. Besonders bei Flugzeugen macht sich dies in den hohen Kosten für die speziellen ‚Dewar-Gefäße’ be­merkbar.

Kleine Kyrogene- oder Hybrid-Speichertanks für 500 $ gab es schon 1974, die Speicherfähigkeit eines solchen Tanks beträgt aber – z.B. als Eisen/Titan-Hybridtank – nur 1,5 bis 2 Gewichtsprozent des Tankgewichts, d.h. an 100 kg Tankgewicht können nur bis zu 2 kg Was­serstoff angelagert werden. Magnesium/Titan-Hybridtanks können zwar 3,5 – 7,5 Gewichtsprozent anlagern, bedür­fen aber einer 300°C betragenden Dissoziationstemperatur zur Freisetzung des gespeicherten Wasserstoffs.

Außerdem existiert noch keine Infrastruktur für das Speichern und die Verteilung von Wasserstoff – entsprechende Gastanks sind im Gegensatz zu dem leichten Gas sehr schwer und auch das Speichern in Metallschwämmen leidet unter demselben Problem. Das Verteilen per Pipeline dürfte wiederum in einer Welt der Terroranschläge ziemlich störungsanfällig sein und selbst ohne Fremdeinflüsse diffundiert Wasserstoff in größerem Maß als normales Erdgas durch Metallröhren und Dichtungen.

Wegen seiner geringen Dichte hat der Wasserstoff nur etwa 1/3 des Heizwertes von Erdgas, im Vergleich zu Kerosin ist er erheblich teurer, und im Fahrzeugbetrieb gibt er pro Kilometer Fahrt immer noch 0,124 g Stickstoff­oxide im Abgas ab, zusätzlich zu Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Spuren vom gelösten Motor­schmieröl.

Schließlich hat Wasserstoff eine extrem kleine Zündenergie, die eine spontane Zündung des Gemischs begünstigt, er ist über einen sehr großen Konzentrationsbereich brennbar, wodurch der Ausbrand einer Wasserstoff-Luft-Mischung deshalb beinahe vollständig ist, und er hat eine hohe Brenngeschwindigkeit, durch die sich das Schadenspotential erhöhen kann.

2006 konstatiert die Presse, daß nirgendwo auf der Welt auch nur Ansätze von Vorhaben erkennbar sind, das Gas in industriellem Maßstab aus Ökostrom zu gewinnen.