Wasserstoff ist ein Hoffnungsträger der Energiewende. Wofür er verwendet wird, was ihn so bedeutend für die Energieversorgung der Zukunft machen könnte und warum hier noch Entwicklungspotenzial liegt, wollen wir im Folgenden erläutern. Vorher gehen wir auf die Chemie des Wasserstoffs und seine historische Rolle bei der Entstehung des Universums einerseits und seine Bedeutung für die Energiewende heute und für die Zukunft andererseits ein.
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Wasserstoff als Hoffnungsträger
Wasserstoff wird in vielfältigen Bereichen eingesetzt. Als sauberer Brennstoff für Fahrzeuge bietet er emissionsfreie Mobilität. In Brennstoffzellen wandelt er chemische Energie direkt in Strom um, was zur dezentralen Stromerzeugung genutzt wird. Die Industrie nutzt Wasserstoff zur Herstellung von Ammoniak und anderen chemischen Produkten.
- Als Kauf-/Tauschflasche — einmaliger Kauf, ohne Vertragsbindung, ohne Wartungskosten
- Als Mietflasche - flexibler Bedarf, kurze Nutzungsmöglichkeit
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Größen |
UN-Nr. |
Ventilverschluss |
Farbgebung/Info |
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10 Liter |
UN1046 |
W 21,80 x 1/14″, li |
RAL 3000 Rot |
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50 Liter |
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(DIN 477, Nr. 1) |
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Wasserstoff - vielseitiges Gas und sauberer Energieträger
Wasserstoff ist ein Hoffnungsträger der Energiewende. Wofür er verwendet wird, was ihn so bedeutend für die Energieversorgung der Zukunft machen könnte und warum hier noch Entwicklungspotenzial liegt, wollen wir im Folgenden erläutern. Vorher gehen wir auf die Chemie des Wasserstoffs und seine historische Rolle bei der Entstehung des Universums einerseits und seine Bedeutung für die Energiewende heute und für die Zukunft andererseits ein.
Zudem dient er als Energiespeicher, um überschüssige erneuerbare Energie zu speichern und bei Bedarf wieder freizusetzen. Wasserstoff trägt zur Dekarbonisierung bei, da er keine schädlichen Emissionen erzeugt und aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden kann. Sein Potenzial als Schlüssel zur nachhaltigen Energiezukunft ist immens.
Grundlegendes zu Wasserstoff – Chemie und Geschichte
Wasserstoff ist das erste Element des Periodensystems und das leichteste sowie am häufigsten vorkommende Element im Universum. Er besitzt das Symbol H, die Abkürzung für den lateinischen Begriff „Hydrogenium“. Die Chemie kennt drei Isotope des Wasserstoffs, wobei zwischen der leichten (Protium), der schweren (Deuterium) und der überschweren Variante (Tritium) unterschieden wird. Zum Zweck der Energieversorgung wird das Wasserstoffgas H2 als Molekül aus zwei Wasserstoffatomen verwendet.
In der Geschichte des Wasserstoffs benennen historische Aufzeichnungen zwei Chemiker des 18. Jahrhunderts namens Henry Cavendish und Antoine Laurent de Lavoisier als wissenschaftliche Entdecker. Ersterer produzierte durch chemische Reaktionen mit Metallen und Säuren ein Gas, welches sich als brennbar erwies und daher als „brennbare Luft“ (inflammable air) bezeichnet wurde. De Lavoisier analysierte diese Verbrennung und erkannte, dass hierbei Wasser als Rückstand blieb. Dies gab den Ausschlag für die Namensgebung eines „Wasser erzeugenden Stoffes“, kurz Wasserstoff – auf Latein: Hydrogenium. Die brennbare Eigenschaft des Gases hatten bereits Wissenschaftler im 17. Jahrhundert erkannt und daher von „Knallgas“ gesprochen. Diese spezielle Eigenschaft, die man auch „Knallgasreaktion“ nennen könnte, macht es möglich, Wasserstoff als Energieträger, beispielsweise für Verbrennungsmotoren, zu nutzen.
Eigenschaften des Wasserstoffs – seine Vor- und Nachteile bei der Anwendung
Aus den Ergebnissen der frühen wissenschaftlichen Untersuchungen des Wasserstoffs können wir bis heute seine größten Vor- und Nachteile ableiten. Dieses Gas ist vom ökologischen Standpunkt aus betrachtet besonders umweltschonend, da es keine Emissionen freisetzt und als Rückstand nur Wasser übrig bleibt. Dies ist ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu anderen Energieträgern.
Heute ist oft vom „grünen Wasserstoff“ als Hoffnungsträger für die Energiewende die Rede. Die Produktion geschieht dann im industriellen Rahmen durch Elektrolyse. Dabei werden mit grünem Strom Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Will man große Mengen dieses grünen Wasserstoffs herstellen, dann benötigt man natürlich auch große Mengen Strom, der aus erneuerbaren Energien stammt. Nur dann kann wirklich von „grünem“ Wasserstoff gesprochen werden. Wenn der hier verwendete Strom aus fossilen Quellen stammt, ist zwar auch Wasserstoff das Ergebnis, allerdings ist dann das wichtige Kriterium der ökologischen Nachhaltigkeit nicht erfüllt.
Andere Formen der Wasserstoffgewinnung werden weiterhin erforscht. So können etwa auch chemische Reaktionen, die sogar bei Zimmertemperatur in Gang gesetzt werden können, für die Wasserstoffgewinnung eingesetzt werden. Hier ist jedoch wegen des damit verbundenen Aufwands bisher an eine Produktion im industriellen Maßstab noch nicht zu denken.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, das Gas zu lagern, da es, wie oben beschrieben, vergleichsweise leicht und damit hochgradig flüchtig ist. Bei viele Anwendungen wird der Wasserstoff zudem in flüssiger Form benötigt. Der extrem niedrige Siedepunkt von minus 252,9° Celsius erschwert sowohl die Lagerung als auch den Transport.
Lagerung und Speicherung von Wasserstoff
Fahrzeugtanks und andere Tanks sowie Gasflaschen müssen den speziellen Lagerungsbedingungen für Wasserstoff entsprechen. Die gängigsten technischen Lösungen sind:
- Drucktanks
- isolierte Behältnisse für flüssigen Wasserstoff
- Metallhydridspeicher
Letztere binden die Wasserstoffmoleküle in ihrem Inneren an Metallhydride, was weder extreme Temperaturen noch hohen Druck nötig macht. Dafür werden die Gefäße sehr schwer, ihre Einsatzmöglichkeiten sind demnach einschränkt. Die Bindung von Wasserstoff an andere chemisch passende Stoffe wird erforscht.
Bisher bekannte Varianten sind:
- Kohlenstoff-Nanoröhrchen
- Zeolithspeicher
- flüssige organische Wasserstoffträger
Alle diese Varianten haben eher noch einen experimentellen Charakter. Alle müssen jeweils mit dem Blick auf Gewicht, Preis und Massentauglichkeit eigenständig bewertet werden.
Im Bereich der Wasserstoffmobilität kristallisieren sich nach einer aktuellen Einschätzung Einsatzfelder für schwere Fahrzeuge, Busse, Baumaschinen oder Vehikel in unwegsamen Regionen sowie Transporter und LKW heraus. Diese verkraften die relativ schweren Tanks besser als Personenkraftwagen oder lassen sich besser in Gebieten ohne elektrische Ladeinfrastruktur einsetzen und sind trotzdem lokal emissionsfrei. Auch bei Bahnen, Schiffen und Flugzeugen ist ein Trend hin zum Wasserstoffantrieb zu erkennen.
Einsatz in Industrie, Chemie und Stromversorgung
In der Industrie ist Wasserstoff als Energielieferant einsetzbar.
Da Wasserstoff brennbar ist, kann er auch in Produktionsstätten zum Einsatz kommen, in denen mit großer Hitze gearbeitet wird, also etwa beim Schweißen, in der Stahl- und Metallverarbeitung sowie in der Glasproduktion. Diese Bereiche verwenden den Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennmaterialien und bessern so ihre Klimabilanz auf.
Für die chemische Industrie sind die Reaktionseigenschaften von Wasserstoff mit anderen Stoffen entscheidend, um z.B. Bestandteile für nützliche Produkte zu liefern. Durch die Verbindung von Wasserstoff und Stickstoff etwa entsteht Ammoniak, welcher zur Herstellung von Dünger auf Stickstoffbasis Verwendung findet. Wasserstoff wird auch zur Raffinierung von Mineralöl gebraucht und zur Behandlung von Hartmetallen sowie bei der Hydrierung von Fetten in der Lebensmittelindustrie.
Die Energiewirtschaft setzt auf die Speicherung von überschüssiger Windkraft in Wasserstofflagern. Denn in windreichen Zeiten produzieren Windparks meist mehr Strom als verbraucht wird. Dieser kann für die Elektrolyse genutzt werden und Wasserstoff als Zwischenlager produzieren. Auch ein Einsatz von Wasserstoff als Heizmaterial in Privathaushalten ist denkbar.
Fazit: Die Bedeutung und Verantwortung von Wasserstoff
Wasserstoff wird für die Energieversorgung der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen. Eine wichtige Frage ist, ob sich in Zukunft effizientere Möglichkeiten der Produktion und Lagerung etablieren können. Forscher und Ingenieure weltweit sind hier auf der Suche nach neuen Lösungen. Als ökologisch sauberer, CO₂-freier Energielieferant wird Wasserstoff jedenfalls ganz sicher eine wichtige und tragende Säule im Rahmen der Energiewende sein.