Nachhaltige Wasserstoffwirtschaft
Wie die Grafik zeigt, werden Tankstellen und Endverbraucher aus regionalen Wasserstoff-Fabriken mit Wasserstoff versorgt. Anders als Motor-KWK-Anlagen können Brennstoffzellen ihre Leistung spontan anpassen. Ein Stromnetz als Stütze ist also nicht erforderlich. Eine Brennstoffzelle ist mit < 50 € je installiertes KW so billig, dass sich ein separater Heizkessel nicht lohnt.
Anders als beim Sekundärenergieträger Strom, muss der Sekundärenergieträger Wasserstoff nicht sekundengenau hergestellt werden. Die im Erdgasnetz vorhandenen Speicher können einen Totalausfall von Sonne, Wind und Wasser über Wochen puffern, die Biomasse in Wald und Feld für Jahre. Diese Pufferung gilt nicht nur für Strom, sondern für Strom, Wärme und Mobilität. Schattenkraftwerke sind in diesem Konzept also nicht erforderlich.
Anders als beim Stromnetz, ist diese Infrastruktur von außen nicht angreifbar (Trojaner).
Wärmegeführte Energiewirtschaft
Bei Nutzung von Brennstoffzellen wird 50%-60% der chemisch an Wasserstoff gebundenen Energie in Strom umgewandelt. Da in einem Privathaushalt nur 17% der Primärenergie (25% der Endenergie) als Strom genutzt wird, ist das doppelt so viel als heute. Eine Wasserstoffwirtschaft ist also eine Energiewirtschaft, bei der ein großer Teil des Stroms in Wärme umgewandelt werden muss. Das geht verlustfrei. Bei einem systembedingtem Stromüberschuss sprechen die Ingenieure deshalb von einer wärmegeführten Energiewirtschaft, die per Definition prinzipiell verlustfrei ist.
Herstellung von Wasserstoff
Mit den heute industriell verfügbaren Methoden gibt es zwei Formen der Energiewandlung für den Wasserstoff:
- Die als Strom geernteten Energien (Wind, Photovoltaik) werden per Wasserelektrolyse in Wasserstoff überführt
- Kohlenstoffhaltige Energieträger, wie Biomasse, werden mittels thermochemischer Vergasung in Wasserstoff überführt.
Für die ökonomische Betrachtung wird angenommen, dass der Wasserstoff zu 70% aus Biomasse kommt und EE-Strom einen Beitrag von 30% erreicht. Das ist doppelt so viel EE-Strom wie heute (2013).
Die detaillierte Herstellung von Wasserstoff und die nutzbaren Potenziale werden weiter hinten erläutert.
Verteilung von WasserstoffDa die Effizienz technischer Prozesse nie hundertprozentig ist, fällt bei beiden Prozessen 5%-10% der eingesetzten Energie in Form von Wärme an der Konversionsanlage an. Das ist in einer wärmegeführten Energiewirtschaft aber nicht als Verlust zu betrachten, weil die Wärme fast immer genutzt werden kann. Die Investitionskosten für diese Energiewandler sind bei Serienproduktion mit ungefähr 200 €/kW um eine Größenordnung billiger als Kraftwerke.
Wasserstoff kann ohne Einschränkungen in den Rohrleitungen des Erdgasnetzes transportiert werden. Auch die Kavernenspeicher des Netzes können genutzt werden. Zu den technischen Regeln bei Umstellung des Netzes auf Wasserstoff wird an anderer Stelle Näheres ausgeführt.
Nutzung der Wasserstoffs
Prinzipiell kann Wasserstoff auch in Motoren und Turbinen verstromt werden. Kosten, Effizienz und Reaktionsträgheit sprechen allerdings gegen eine dezentrale Nutzung in Haushaltsgröße. Einfache Membran-Brennstoffzellen (PEMFC), wie sie auch für PKWs genutzt werden, erfüllen die Bedingungen an Preis, Reaktionsvermögen und Wartungsarmut wesentlich besser.
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