Infrastruktur

Die Energie-Infrastruktur ist historisch gewachsen und nutzt die Technologien, die am Anfang der Entwicklung vor rund 200 Jahren verfügbar waren. Das war die Dampfmaschine und darauf aufbauend die Stromerzeugung aus Kohle. Da das Heizen mit Kohle zu unbequem war, ist später auch ein Gasnetz für Kohlegas (Stadtgas) dazugekommen. Die Infrastruktur zur Erzeugung von Strom ist aber völlig ungeeignet, um mit einer fluktuierenden Stromerzeugung zurechtzukommen. Nun, wenn man will, geht es irgendwie trotzdem, koste es was es wolle. In dieser Phase ist nun die Energiewende angekommen.

Hier wird nun eine Konzept vorgeschlagen, bei dem die vorhandene Infrastruktur nur teilweise benötigt wird: das vorhandene Erdgasnetz ist dafür allein ausreichend. Das neue Konzept kann die heute gestiegenen Anforderungen an Effizienz erfüllen und fluktuierende Stromeinspeisungen mühelos absorbieren.

Da die Energiefrage alle Bereiche von Politik und Wirtschaft tangiert, stellt die nachfolgende Grafik alle kostenintensiven Bereiche dar. Dazu gehört auch eine Armee, die gerade von einer Verteidigungsarmee zu einer Interventionsarmee umgerüstet wird. Das sind auch verdeckte Energiekosten.

Historisch gewachsene Energiewirtschaft im Vergleich zur Wasserstoffwirtschaft auf Basis Biomasse

Die untere Darstellung ist leicht verkürzt auf die Nutzung von Biomasse als billigste Ressource. Wie im Konzept dargestellt, gehören in der realen Welt aber alle vorhanden Arten von Energie dazu, die langfristig nachhaltig sind. Mit dieser Gegenüberstellung wird deutlich, wie komplex unsere Infrastruktur heute ist und wie sie morgen sein könnte. Da es hier auch um Kosten geht, sind alle relevanten Kosten angedeutet. Eine vergleichende Darstellung der Effizienz erfolgt an anderer Stelle. Auch welche Investitionen jetzt und künftig vermeidbar sind, wird separat unter Vermeidbares behandelt. Nicht ökonomisch bewertet werden die politischen Rücksichtnahmen, die mit den massiven Energieimporten verbunden sind. Die Installation einer Wasserstoffwirtschaft macht die Nationen dagegen wieder handlungsfähig. Wie die Infrastruktur von morgen die Landschaft verändern kann, ist unten dargestellt.

Kraftwerke und Hochspannungsleitungen sehen wir heute

Wasserstoff-Fabriken und Gasleitungen sehen wir vielleicht morgen

Man muss schon Glück haben, um eine Wasserstoff-Fabrik zu finden und sehr aufmerksam sein, um die kleinen gelben Pfähle zu entdecken, die die Lage und Größe einer Wasserstoffleitung kennzeichnen. Alles was grünt, könnte zukünftig unsere Energieversorgung sichern - für alle Zeiten. Grünzeug haben wir mehr als genug, um alle atomaren und fossilen Energien zu ersetzen. Nicht dargestellt sind Windkraftanlagen, denn man braucht sie nicht wirklich. Abgeschriebene Windkraftanlagen können aber mittels Elektrolyse billig Wasserstoff produzieren. Deshalb werden sie erst allmählich aus dem Landschaftsbild verschwinden. Natürlich kann man die wirtschaftlichen und psychologischen Beeinträchtigungen durch Strommasten, Windräder und elektromagnetische Stahlung auch ökonomisch bewerten. Das ist aber zumindest teilweise umstritten und soll deshalb unterbleiben. Auch die Schäden, die durch die verbleibenden Kernkraftwerke und Endlager entstehen können, bleiben außen vor.

 

Was kostet die Installation einer Wasserstoffwirtschaft?

Nachfolgend wird eine grobe Kalkulation für die Installation einer Wasserstoffwirtschaft für Deutschland präsentiert. Es werden nur die Hauptkomponenten angeführt: die Wasserstoff-Fabriken und die Erweiterung des Gasnetzes. Da Brennstoffzellen weniger kosten als ein Heizkessel oder ein Antrieb mit Verbrennungsmotor, werden hier weder Aufschläge noch Abzüge eingestellt.

Versorgungsumfang

Wasserstoff-Fabriken [Mrd. €]

Netz [Mrd. €]

Summe [Mrd. €]

75%

15

5

20

100%

20

20

40

Zu einmaligen Kosten von ca. 40 Mrd. € lässt sich ein voller Umwelt- und Klimaschutz verwirklichen und alle atomare und fossile Energien ersetzen. Das ist wenig im Vergleich dazu, was wir sonst für den Energiebereich ausgeben. Eine Kostprobe:

  • ca. 40 Mrd. €/a Investitionen in die Infrastruktur insgesamt, einschließlich langfristiger Verpflichtungen aus dem EEG.
  • ca. 100 Mrd. €/a für Importe von atomaren und fossilen Energieträgern.
  • > 150 Mrd. €/a geringere Ausgaben für die Energiewirtschaft nach Installation einer Wasserstoffwirtschaft.
  • ca. 16 Mrd. €/a militärische Zusatzkosten zur Umstellung der Bundeswehr auf eine Interventionsarmee u. Kosten für Auslandseinsätze (50% des Etats)
  • 20-200 Mrd. €/a Entlastung von sozialen Kosten der Energieversorgung (externe Kosten).
  • >> 1000 Mrd. € um die alte Energiewirtschaft an die neuen Erfordernisse anzupassen (Dämmung, Fernwärmeleitungen, Stromspeicher, ...)

Beim derzeitigen Konzept “weiterwursteln”, kommt in 10 Jahren eine Summe von ca. 3000 Mrd. € zustande. Das sind Einsparungen von 300 Mrd. €/a. Was gäbe das für ein Konjunkturprogramm, wenn eine Summe in Höhe des Bundeshaushalts jährlich in die Wirtschaft fließen würde!

In der veröffentlichten Meinung wird oft der Eindruck erweckt, als seien die erneuerbaren Energien der Hauptkostenfaktor. Das ist nicht richtig. Bei ehrlicher objektiver Betrachtung ist die Stromerzeugung aus Kernenergie, Braun- und Steinkohle heute schon teurer als die Stromerzeugung aus Sonne, Wind und Wasser. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist also zukunftsweisend. Der englische Ökonom Nicholas Stern hat dargelegt, dass allein aus Klimaschutzgründen der Ausbau der erneuerbaren Energien kostengünstiger ist als Nichtstun. Selbst der Weltverband der fossilen Energiewirtschaft, die internationale Energie Agentur (IEA), schreibt im Energie Outlook 2012: “Wir können es uns nicht leisten, mit zusätzlichen Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels zu warten. … Für jeden Dollar, den wir bis 2020 nicht investieren, müssen wir ab 2020 ca. 4 Dollar ausgeben.” Das eine klare Ansage von unverdächtiger Seite.

 

Eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft macht die Nutzung von erneuerbaren Energien lediglich effizienter und kostengünstiger. Umwelt- und Klimaschutz kosten dann nicht mehr extra.

 

Eignung des Erdgasnetzes für Wasserstoff

Wie schon im Kapitel Sicherheit dargelegt, ist das Rohrnetz technisch für Wasserstoff geeignet, wenn es mit der gleichen Fachkunde betrieben wird wie bei Erdgas. Man kann mit Wasserstoff in einer gegebenen Leitung ungefähr die gleiche Energiemenge transportieren wie mit Erdgas. Der Heizwert des Wasserstoffs ist zwar kleiner als der Heizwert von Erdgas, dafür strömt der Wasserstoff bei gleichem Druckverlust aber schneller. Was für die Rohrleitung gilt, trifft nicht immer für die Ausrüstung der Peripherie zu. Das ist der Hauptgrund dafür, dass der Rohrleitungs-TÜV (Deutscher Verband des Gas- und Wasserfachs, e. V. DVGW) den Anteil von Wasserstoff im Erdgasnetz auf einen “einstelligen Prozentbereich”, also auf 9,99% begrenzt. Hauptbeitragszahler sind die großen deutschen Energieversorger, die auch die Lobbyisten in die Fachgremien zur Ausarbeitung der Normen entsenden. O-Ton des Ausschussvorsitzenden in der Abschussverhandlung dieser Norm: “Wir müssen die wertvolle Infrastruktur des Erdgasnetzes schützen”. Mit anderen Worten: alles was nicht Erdgas ist kommt nicht ins Netz. Die Bundesnetzagentur hat zwar als Genehmigungsbehörde die Fachaufsicht, aber wenig Fachkompetenz.

Im Detail gibt es weitere Restriktionen. Deshalb muss nach der Art der Peripherie differenziert werden:

  1. Erdgastankstellen,
  2. Erdgasheizungen,
  3. Gasturbinen,
  4. Kavernenspeicher,
  5. Porenspeicher,
  6. grenzüberschreitender Gastransport.

Zu 1. CNG Tankstellen

Die Versorgung der Erdgas (CNG) Tankstellen wird von den Anteilseignern des Gasnetzes als unüberwindliches Hindernis bei der Zulassung einer Wasserstoff-Beimischung betrachtet. Das kam so: Zur Jahrtausendwende verkündete der Ruhgas-Boss in einer H2-Expertengruppe von NRW, er wolle die Wasserstoff-Fans der Automobilindustrie “beeindrucken” und 2000 Erdgastankstellen in Deutschland installieren. Parallel wurde CNG bis 2018 von der Steuer befreit und eine deutsche Norm geschaffen (DIN 51624), die den Wasserstoffgehalt für CNG-Tanks auf 2% begrenzt. Die Initiative der Ruhrgas hat schon bei 1000 CNG-Tankstellen gewirkt. Der Wasserstoff-Hype war schnell beendet (auch aus juristischen Gründen). Wieviel Wasserstoff der Tank wirklich verträgt, ist nicht bekannt. Der DVGW hat im Rahmen von NATURALHY eine Arbeitsgruppe gebildet, die das untersucht. Eine dünne Schicht eines unedlen Metalls, die galvanisch oder durch ausspritzen aufgebracht werden kann, würde das Wasserstoffproblem technisch für ein Taschengeld lösen. Es ist schon reichlich vermessen, wenn das Erdgasnetz mit dem Argument verteidigt wird, dass 0,2% der Autoflotte den unveränderten Status quo des Netzes rechtfertigen. Eine andere Lösung besteht darin, den Wasserstoff vor der Tankstelle zu entfernen. Durch Vorschalten einer Brennstoffzelle lässt sich der Wasserstoffanteil einfach in Strom umwandeln. Die Tankstelle sieht dann nur noch einen Wasserstoffanteil von <1%.

 

Zu 2. Heizkessel

Prinzipiell sind alle Erdgasheizungen auf Wasserstoff umstellbar. Bei unveränderter Geräteeinstellung ist die Heizleistung für beide Gase gleich . Das liegt am Wobbe-Index, der für beide Gase ungefähr gleich groß ist. Die Umstellung von Stadtgas auf Erdgas war wegen des unterschiedlichen Wobbe-Indexes viel schwieriger. Hier mussten Düsen ausgetauscht und der Vordruck geändert werden. Das ging alles ziemlich “geräuschlos”, weil die Gaswirtschaft das wollte. Für Wasserstoff fehlt es dagegen an Willen. Auch wenn die Umstellung auf Wasserstoff im Prinzip einfacher ist, gilt es in seltenen Fällen einige Besonderheiten zu beachten. Bei einigen sehr alten Kesseln (>40a) wurde eine Flammenablösung beobachtet. Einige ganz neue Kessel besitzen eine Vormischkammer, für die der Hersteller (Bosch) den H2-Gehalt auf 23% begrenzt hat. Das Forscherteam der NATURALHY ist dabei weitere Ausnahmen herauszufinden. Die Sache scheint wichtig, weil der Gasversorger ungefragt auf eine andere Gasart umstellen kann, wenn er garantiert, dass die Geräte beim Kunden mit dem neuen Gas funktionieren. Diese hier gemachten Ausführungen haben keinerlei Bedeutung, wenn die Umstellung technisch intelligent angegangen wird.

  • Sofortige Umstellung auf Wasserstoff in Teilnetzen
  • Arbeiten mit Gasmischungen mit 10-100% H2

bei sofortiger Umstellung würde man den alten Kessel entfernen und eine Brennstoffzelle nutzen, wenn die Belieferung mit H2 gewährleistet wäre. Bei nicht gesicherter H2-Versorgung wird die Brennstoffzelle vor den alten Heizkessel geschaltet. Beim Wechsel von H2 zu Erdgas strömt das Erdgas ohne Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle und verbrennt im Heizkessel.

Bei Gasmischungen wird die Brennstoffzelle auch vor den alten Heizkessel geschaltet. Die Brennstoffzelle “saugt” den Wasserstoff bis auf 5% heraus und macht daraus Strom. Das Restgas bekommt der alte Heizkessel. Auf diese Weise “sieht” der alte Heizkesse nie mehr als 5% Wasserstoff im Erdgas. Das vertragen alle Heizkessel.

Für den Gasversorger ist die Abrechnung mit dem Kunden bei der Belieferung mit einem Mischgas aufwendiger als bisher, denn er muss eine Brennwertnachverfolgung installieren. Das geht ganz gut bei Zusammensetzungen, die sich nur langsam ändern. Bei direkter Einspeisung aus einer fluktuierender Erzeugung (Wind, PV) wird das schwierig bis unmöglich. Für solche Fälle muss der Wasserstoff zwischengespeichert werden.

 

Zu 3. Gasturbinen

Hier wird vom DVGW unnötigerweise ein KO-Argument gegen die Wasserstoff ins Feld geführt. Hintergrund ist eine Angabe einiger Herstellen, dass nur H2-Gehalte von 2% oder 10% zulässig seien, was nicht bewiesen, sondern nur behauptet wurde. Bei hohem H2-Anteil müsste man die Turbinen ersetzen. Neue H2-verträgliche Turbinen würden zusammen 3,5 Mrd. € kosten. Abgesehen davon, dass ein “weiter so” pro Jahr das Zehnfache kosten würde, könnte man wie bei Punkt 1. und 2. dargelegt, einfache Brennstoffzellen vorschalten, die den H2-Gehalt in der Brennkammer begrenzen.

Bei einer Wasserstoffwirtschaft handelt es sich immer um eine regionale Angelegenheit. Die großen Gasleitungen können weiterhin nur Erdgas transportieren. Die Veränderungen finden also nur bei dem regionalen Gasversorger (Stadtwerk) statt. Ein Erdgaskraftwerk kann also an diese großen Leitungen angeschlossen werden und weiterhin mit Erdgas betrieben werden. Wenn die Endverbraucher in der Stadt eines Tages mehr Strom in das Netz einspeisen, als das Gaskraftwerk einspeist, gibt es für das Gaskraftwerk möglicherweise ein Problem.

 

Zu 4. Kavernenspeicher

Salzkavernen sind auch gegen Wasserstoff dicht. Da der Kopf der Kaverne und die Verdichter wechselnde mechanischen Beanspruchungen genügen müssen, müssen bei einer Umstellung die Werkstoffe geprüft und für Wasserstoff zugelassen werden. Es kann auch nötig sein Komponenten auszutauschen. Beim Neubau von Kavernen, was heute im großen Umfang geschieht, können gleich die richtigen Werkstoffe ausgewählt werden. Solche Werkstoffe sind nicht generell teurer als die bisher verwendeten.

In der Abschlussverhandlung zur Norm DVGW G 262 ist von Lobbyisten gemahnt worden, das bei erhöhtem Druck und hohen H2-Gehalten elementarer Schwefel ausfallen könne und dieser in Armaturen und Messgeräten Ärger verursachen könne. Dem Vorschlag, anstelle von H2 den Schwel zu entfernen, mochten sie nicht folgen.

 

Zu 5. Porenspeicher

Zur Speicherung von Erdgas werden ausgeförderte Gas- und Ölfelder sowie Aquifere genutzt. Das ausgespeicherte Gas ist daher meisten verunreinigt. Würde nun der H2-Gehalt erhöht, würde dieser von Bakterien zu Schwefelverbindungen umgesetzt, die stören könnten. Belege wurden dafür in der DVGW-Verhandlung nicht vorgelegt. Die Sache ist aber nicht ganz von der Hand zu weisen.

Bis zur Klärung dieser Frage, sollte man auf die Speicherung von reinem Wasserstoff auf Porenspeicher verzichten. Man braucht sie auch nicht.

 

Zu 6. Grenzüberschreitender Gastransport

Da Europa immer noch kein lückenloses Regelwerk zur Gasbeschaffenheit besitzt, ist hier eine Aussage schwierig. Es wurde weiter oben bereits darauf hingewiesen, dass die Wasserstoffwirtschaft weitgehend eine Angelegenheit der Stadtwerke ist. Die transnationalen Gasleitungen werden also gar nicht gebraucht. Wie Ballungszentren vom weit entfernten ländlichen Raum versorgt werden können, ist dann im Einzelfall zu klären.

 

Studie:

Der DWGW hat 2013 eine Studie zur Netzproblematik veröffentlicht, die aber nur für Fachleute geeignet ist. Laien haben oft Schwierigkeiten wissenschaftliche Wahrheit von den Verteidigungsstrategien der Lobbyisten zu unterscheiden.

 

Fazit

Wenn der politische Wille da ist, um die Lobbyisten in die Schranken zu verweisen, ist eine Umstellung des Erdgasnetzes auf Wasserstoff technisch ohne großen Aufwand möglich. Auch der Anschluss aller Endverbraucher an das Gasnetz würde die Industrie nicht überfordern.

aktualisiert: 05.07.2014

[Home] [Konzept] [H2-Herstellung] [Infrastruktur] [Stromnetz] [Vermeidbares] [Brennstoffzellen] [Energiequellen] [Wahre Preise]

Impressum