Während die Preise für erneuerbare Energien sinken und die Speichertechnologien reifen, zieht der Kraftstoff für Wasserstoff neue Aufmerksamkeit auf sich.

Jorgo Chatzimarkakis tankte an einer der Tankstellen sein Wasserstoff-Brennstoffzellenauto 50-plus Tankstellen In ganz Deutschland zerstreut, als sich ein Tesla-Fahrer näherte, der sein eigenes Auto aufgeladen hatte.

Der Mann war aufgeregt, ein wasserstoffbetriebenes Auto in Aktion zu sehen, und war voller Fragen. Chatzimarkakis, der Generalsekretär von Wasserstoff Europafreute sich, sie zu beantworten, und die beiden redeten einige Minuten.

Aber bis dahin war das Wasserstoffauto voll betankt, während der Tesla-Fahrer noch lange warten musste, während seine Batterie aufgeladen wurde.

"Das ist Realität", sagt Chatzimarkakis. "Heutzutage sind die Tankstellen bereit, das Auto ist bereit, ich kann meine Reise von der Schweiz nach Dänemark und nach Norwegen problemlos planen."

Die Vision einer wasserstoffbetriebenen Welt war schon näher gekommen als Wile E. Coyote. Der britische Genetiker JBS Haldane stellte sich in 1923 ein Netzwerk von Wasserstoff erzeugenden Windmühlen Großbritannien mit Strom versorgt, aber daraus wurde nichts. In 1970 verwendete der in Südafrika geborene Elektrochemiker John Bockris in einer Rede zunächst den Begriff „Wasserstoffwirtschaft“ und wurde später veröffentlicht ein Buch, in dem beschrieben wird, wie eine Welt mit Sonnenenergie aussehen könnte. Aber wieder hat sich nichts geändert. In 2002 argumentierte der amerikanische Wirtschafts- und Gesellschaftstheoretiker Jeremy Rifkin, dass Wasserstoff das Erdöl übernehmen könne und dass Die Zukunft der Energie lag in wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen.

Die Industrie sei aber noch nicht fertig, sagt Chatzimarkakis. "Es war wirklich sehr zutreffend, was Jeremy Rifkin gesagt hat, aber Politiker und Journalisten wollen immer den Beweis sehen", sagt er. "Und zu dieser Zeit war es noch lange nicht realisiert, weil die Forschung nicht weit genug fortgeschritten war."

Wasserstoff wird alt

Vielleicht ist endlich der Moment von Wasserstoff gekommen.

Japan plant, die Olympischen Spiele von 2020 in Tokio für seine Präsentation zu nutzen Vision für eine Wasserstoffgesellschaft und hat 348 Millionen US-Dollar in die Errichtung von Wasserstoff-Tankstellen und anderer Infrastruktur investiert. Deutschland hat die Weltneuheit auf den Markt gebracht wasserstoffbetriebene Züge eine wachsende Zahl von Tankstellen für Wasserstoff quer durchs Land. Die Schweiz ist Kauf von 1,000 Wasserstoff-LKWsHat Norwegen gehabt Tankstellen für Wasserstoff da 2006 und Südkorea ist Investition von 2.33 Milliarden in den nächsten fünf Jahren Schaffung von Wasserstoff-Tankstellen, Brennstoffzellenfahrzeugen, Brennstoffzellenbussen und Wasserstoffspeichersystemen. Und Australien hat beide gesehen nationale Wissenschaftsagentur CSIRO und Chefwissenschaftler Alan Finkel berichten separat über ihre Visionen für eine wasserstoffbetriebene Nation und die Exportindustrie.

Der Coradia iLint begann mit 2018 den Transport von Wasserstoff in Deutschland. Foto mit freundlicher Genehmigung von Alstom | R Frampe

Im Zentrum der Wasserstoffwirtschaft steht die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten Elektrolyse. Dieser "grüne Wasserstoff" kann dann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet werden, und die Brennstoffzellen können einzeln zum Fahren von Fahrzeugen oder in Stapeln verwendet werden, um ein Netz zu unterstützen oder sogar zu betreiben. Das Beste von allen ist, dass die von Wasserstoffbrennstoffzellen erzeugten Abgase Wasser sind, das eines Tages zurückgewonnen und erneut für die Elektrolyse recycelt werden könnte.

Wirtschaft und Klima

Was hat sich also geändert, um den Wasserstoff schließlich in den Vordergrund der globalen Energiepläne zu bringen? Jenny Hayward, leitende wissenschaftliche Mitarbeiterin bei CSIRO und Mitautorin der Nationale 2018-Wasserstoff-Roadmap, sagt, günstigere Wirtschaftswissenschaften haben eine bedeutende Rolle gespielt.

„Die Produktion geht zurück, die Produktion sinkt, aber auch die Auslastung sinkt“, sagt Hayward. Der Preis für Strom aus Sonnenenergie und Wind ist nicht nur dramatisch gesunken, sondern auch die Technologie der Elektrolyseure ist viel billiger, umfangreicher und effizienter geworden. Gleichzeitig verbessern sich auch Wasserstoff-Brennstoffzellen sowohl hinsichtlich Effizienz als auch Kosten.

Klicken Sie hier, um eine Infografik des US-Energieministeriums über Wasserstoffbrennstoffe anzuzeigen.

Ein weiterer wichtiger Treiber ist die zunehmende Dringlichkeit für erhebliche Reduktionen der Treibhausgasemissionen, sagt John Andrews, ein Experte für nachhaltige Energie und Professor an der RMIT University in Melbourne, Australien.

„Es ist so wichtig, dass die Einführung an die Lösung des Klimawandels gebunden bleibt“, sagt Andrews. „Es geht nicht nur darum, einen alternativen Kraftstoff zu bekommen; Es geht darum, ein emissionsfreies Kraftstoff- und Energiesystem zu erhalten. “

Die Anpassung von Wasserstoff als Kraftstoff zu fördern, war nicht einfach. Trotz der jahrhundertealten Suche nach einer Wasserstoffwirtschaft sind einige bedeutende technologische Herausforderungen zu bewältigen, um diesen Punkt zu erreichen - und es ist noch früh.

Lösen des Speicherproblems

Ein Schlüsselproblem bei der Verwendung von Wasserstoff für den Transport war storage. Es ist erst vor kurzem möglich geworden, Wasserstoff in einen Behälter zu komprimieren, der klein genug und leicht genug ist, um in den Rücken eines Pkw zu passen, während er immer noch genug Energie enthält, um das Auto mindestens 300-Meilen zu tanken.

"Es wurde immer davon ausgegangen, dass es sehr schwierig sein würde, eine Wasserstoffspeicherung zu erhalten, die die Ziele des US-Energieministeriums für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autos übertreffen könnte", sagt Andrews. Dann kam die Entwicklung eines Hochdruckwasserstofftank aus modernen Verbundwerkstoffen, die die Anforderungen erfüllen und sogar übertreffen konnten.

Die Kraftstoffspeicherung war eine große Herausforderung für den mit Wasserstoff betriebenen Transport. Die jüngsten Verbesserungen haben die Reichweite von Pkw auf über 300 Meilen pro Füllung erweitert. Foto © iStockphoto.com/Tramino

„Ich denke, die Leute mussten sich aufrichten und sagen: Ja, es ist möglich, eine Form der Lagerung zu haben, die verwendet werden könnte, um Wasserstoff an Bord eines Fahrzeugs zu transportieren und eine Reichweite zu erzielen, die mit herkömmlichen Autos vergleichbar ist, und eine Nachfüllzeit haben - dies ist kritisch Vorteil von Wasserstoff - von nur wenigen Minuten “, sagt er.

Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge entsprechen oder übertreffen sogar die Reichweite herkömmlicher Benzin- oder Dieselfahrzeuge. Toyota behauptet, sein Mirai bekommt um 312 Meilen aus einem Tank mit Wasserstoff. Dies macht sie für Fernreisen weitaus attraktiver als ein elektrisch batteriebetriebenes Fahrzeug.

Sie macht sie auch zu einer praktikablen Option für Fahrzeuge, die stärker arbeiten, sagt Lisa Ruf, Koordinatorin von Wasserstoffmobilität Europa und Hauptberater bei Element Energy in Großbritannien.

"In Betrieben für Lastwagen, für Taxis, für Rettungsdienste müssen Sie die Reichweite und die Tankzeit haben, die denen herkömmlicher Fahrzeuge ähnelt", sagt sie unter Berufung auf den London Metropolitan Police, die dieses Jahr 11-Wasserstoff-Brennstoffzellenautos erworben haben. 

Das Gitter füttern

Nach Ansicht von Morry Markowitz, dem Präsidenten des Europarates, wird auch Wasserstoff erforscht, um die Stabilität eines Stromnetzes aus erneuerbaren Energien aufrechtzuerhalten Verein für Brennstoffzellen und Wasserstoff in den USA

"Da die Sonne nicht ständig scheint und der Wind nicht weht, haben erneuerbare Energieträger ein Intermittenitätsproblem. Sie müssen also einen Weg finden, die Elektronen, die erzeugt werden, effektiv zu speichern", sagt er. Überschüssiger Strom kann zum Antreiben der Elektrolyse und zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden, der in Brennstoffzellenfahrzeugen oder stationären Brennstoffzellen verwendet oder für den Transport gespeichert werden kann.

Dieses Szenario ist besonders für abgelegene Gebiete interessant, beispielsweise für Outback-Städte in Australien, die ansonsten von Dieselgeneratoren abhängig sind. Die Energieversorgung von Städten mit einer Kombination aus erneuerbaren Energien und Wasserstoffspeicherung könnte schon bald wirtschaftlich werden, zumal der Dieselpreis steigt, sagt Hayward.

Die Gasunternehmen sehen Wasserstoff auch als mögliche Alternative zu Erdgas, die die vorhandene Infrastruktur nutzen könnte. „Das wäre fantastisch; Dann verlassen sie sich nicht darauf, dass Lastwagen mit Diesel kommen, sondern brauchen nur ihre erneuerbaren Energien “, sagt sie. "Sie könnten ein System haben, bei dem sie eine Brennstoffzelle haben und das Wasser zurückgewinnen. Es handelt sich also um ein in sich geschlossenes System."

Gasunternehmen sehen Wasserstoff auch als mögliche Alternative zu Erdgas, die die vorhandene Infrastruktur nutzen könnte.

"Insbesondere wenn wir hohe Emissionsminderungsziele erreichen wollen, wird die gesamte Gasinfrastruktur dort nicht genutzt", sagt Hayward. „Interessant ist das Gasverteilungsnetz. Wenn sie aus PVC-Rohren hergestellt werden, können Sie 100-Prozent-Wasserstoff haben, obwohl Geräte und Zähler geändert werden müssten.“

Der Hindenburg-Effekt

Es ist unmöglich, über Wasserstoff zu sprechen, ohne den Blimp im Raum anzusprechen, was Markowitz den „Hindenburg-Effekt“ nennt In den Diskussionen über die Wasserstoffwirtschaft wird zwangsläufig die Frage der Entflammbarkeit und Sicherheit von Wasserstoff thematisiert.

Markowitz sagt jedoch, dass die Wasserstofftechnologie heute weit von der Wasserstofftechnologie dieser Zeit entfernt ist.

"Fortgeschrittene Materialien wie Kohlefasertanks, Sensoren, Computer und andere Dinge haben sich so dramatisch verbessert. Die Sicherheit für Wasserstoff sollte nicht einmal ein Problem sein", sagt er. „Im Transportsektor und in anderen Bereichen erfüllen oder übertreffen Wasserstofffahrzeuge alles, was heute unterwegs ist.“

Es gibt auch Bedenken, dass eine erhöhte Aufnahme von Wasserstoff die Ozonschicht beeinflussen könnte. EIN 2003 Studie schlug vor, dass, wenn die gesamte Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen durch Wasserstoff ersetzt würde, ein Austreten des Gases in die Atmosphäre mit Sauerstoff zu Wasserdampf reagieren könnte, der die Ozonschicht erheblich zerstören könnte.

Ein weiterer häufiger Kritikpunkt von Wasserstoff ist, dass es immer noch eine erhebliche Menge gibt aus fossilen Brennstoffen hergestellt. In den Vereinigten Staaten wird der größte Teil des Wasserstoffs über ein sogenanntes Verfahren hergestellt Reformierung von Erdgas, bei dem Erdgas mit Hochtemperaturdampf umgesetzt wird, um Wasserstoff, Kohlenmonoxid und eine geringe Menge Kohlendioxid zu erzeugen. Es kann auch von gemacht werden vergasende Braunkohle, was auch zu CO führt₂ Produktion.

"Wenn Sie einer dieser Routen folgen, um Wasserstoff zu erhalten, gibt es einige Kohlendioxidemissionen, die von diesen Routen ausgehen. Daher können Sie diese Zero-Emission nur erreichen, wenn Sie diese mit der Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid koppeln", sagt Andrews. "Und das ist immer noch eine große Frage, ob dies machbar ist, ob es sicher ist und wir das Kohlendioxid Tausende von Jahren unter Wasser halten können und ob es jemals wirtschaftlich sein kann."

Gemessener Ansatz

Diskussionen über Wasserstoff seien dringend geboten, was die weit verbreitete Erkenntnis widerspreche, dass der Transport dekarbonisiert werden müsse, so Ruf. Sie argumentiert, dass, obwohl es eine Reihe von Lösungen auf dem Tisch gibt, Wasserstoff in der Lage ist, Probleme anzugehen, die andere Technologien nicht so einfach oder kostengünstig lösen können.

Während das Potenzial von Wasserstoff jedoch sehr aufregend ist, empfiehlt Ruf auch einen gemessenen Ansatz.

"Das Problem, das wir als Sektor für die Unterstützung der Wasserstoffbrennstoffzellen-Technologie haben, ist, dass wir uns vor dem Trubel hüten und die Erwartungen beherrschen müssen", sagt sie. „Es ist etwas, das Zeit und Investitionen erfordert. Es wird nicht über Nacht passieren, aber langfristig ist es eine sehr gute Lösung. “

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf ENSIA

Über den Autor

Bianca Nogrady ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin, die noch keine Forschungsarbeit gefunden hat, die sie nicht fasziniert. Sie schreibt für eine Vielzahl von Verkaufsstellen, einschließlich Natur, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future und die Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Anmerkung des Herausgebers: Der Autor hat in der Vergangenheit Verträge für CSIRO verfasst, allerdings nicht in Bezug auf Wasserstoffbrennstoff.

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