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Sauberer Wasserstoff als Lösung für das weltweite Energieproblem?

Chancen und Hindernisse eines nachhaltigen, auf Wasserstoff basierenden Energiesystems

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Detail einer Wasserstoff-Brennstoffzelle

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Detail einer Wasserstoff-Brennstoffzelle

Vision Hydrogen Based EnergySystem

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EU Roadmap H2 2003

Autoren: Prof. Dr. Reinhard Haas (TU Wien), Dr. Amela Ajanovic (TU Wien), MSc Marlene Sayer (TU Wien / Energy Economics Group)

Die Idee Wasserstoff zu verwenden um Energie zu erzeugen ist nicht neu. Bereits 1874 hat der Visionär Jules Verne in seinem Werk „Die geheimnisvolle Insel“ geschrieben:

„Ich glaube, daß Wasser eines Tages als Brennstoff benutzt wird, daß Wasserstoff und Sauerstoff, aus denen es besteht, einzeln oder zusammen, eine unerschöpfliche Quelle von Hitze und Licht sein werden. Das Wasser ist die Kohle der Zukunft.“

Fast 100 Jahre später, 1966 hat General Motors Wasserstoff als Kraftstoff für seinen Electrovan verwendet und auch davor gab es schon einige erfolgreiche Versuche Brennstoffzellen mit Wasserstoff im Mobilitätssektor einzusetzen.

 

Im August 2020 hat Reinhard Haas, Lehrgangsleiter des postgradualen Master Programms „Renewable Energy Systems“ an der TU Wien, seine jüngsten Ideen zu den Chancen und Hindernissen für ein nachhaltiges wasserstoffbasiertes Energiesystem auf der MIT “A+B” (MITAB) 2020, dem Symposium für angewandte Energie, das vom MIT und Harvard University veranstaltet wird, vorgestellt.


Gemeinsam mit den beiden Forscherinnen Amela Ajanovic und Marlene Sayer legte er den Fokus auf nachhaltige Energiesysteme unter Beachtung von Energieeffizienz, Energie-Policy, Energiemodellierung und Szenarienentwicklung. Dabei stellten sich dem Team vor allem folgende Fragen: Welche Rolle kann Wasserstoff als Energieträger spielen, um Treibstoffgase zu verringern, die Ziele des Pariser Abkommen zu erreichen und welche technischen und ökonomischen Ziele machen die Speicherung plausibel.

 

Die Suche nach Energieträgern und Speicherlösungen geht weiter

Trotz der vielen Versuche konnte sich Wasserstoff bisher nicht als bedeutender Energieträger durchsetzen. Ideen für wasserstoff-basierte Energiesysteme werden laufend vorgestellt, so auch 2002 in der EU-Roadmap H2. Bis jetzt sind alle gescheitert. Bei der Vorstellung der wichtigsten Verfahren zur Wasserstofferzeugung stellte Haas fest, dass von den drei Hauptverfahren (thermisch, elektrochemisch und biologisch) bis heute sehr wenige kommerzielle Technologien, von der wirtschaftlichen Seite betrachtet, verfügbar sind. Schaut man auf die Effizienz ist die effektive Leistung der Versorgungskette der Elektrifizierung, sowie der Methanisierung von Wasserstoff wegen der vielen Umwandlungsschritte eher gering.

 

Unter Berücksichtigung des erheblichen Unterschieds zwischen Angebot und Nachfrage, der durch die natürlichen Schwankungen der erneuerbaren Energieerzeugung verursacht wird, ist die Suche nach Speicherlösungen ein entscheidender Schritt zur Maximierung der Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffnutzung. Haas und Ajanovic erwarten vor allem für die Elektrolyse ein technologisches Lernen und prognostizieren bis 2050 ein deutliches Sinken der Produktionskosten und Preise, was erhebliche Auswirkungen auf den Mobilitätssektor haben könnte.

 

Wasserstoff und Wirtschaftlichkeit

Da Energieentscheidungen immer auch politische Entscheidungen sind, wird die kritische Frage aufgeworfen: Was, wenn Wasserstoff das falsche Pferd ist, auf das man setzt? Denn man muss feststellen, dass Wasserstoff bisher nicht geliefert hat.


Die Wirtschaftlichkeit ist zurzeit noch nicht gegeben, die Umwandlungseffizienz ist mäßig und die Technologien nicht ausgereift genug. Dennoch sind Ajanovic, Sayer und Haas überzeugt, dass ein breites Portfolio und die Versorgung mit Wasserstoff notwendig sind, ungeachtet der bestehenden Unzulänglichkeiten und Unkalkulierbarkeit der zukünftigen Entwicklung. Die Bewältigung der diskutierten Effizienzfragen kann langfristig von großem Nutzen für das Erreichen der internationalen energiestrategischen Ziele sein, die durch das Pariser Abkommen 2015 oder den EU Green Deal definiert wurden.

 

Um ein aktiver Entscheidungsträger der Energiewende zu werden, gilt es laut Haas zu verstehen, wie nachhaltige Energiesysteme funktionieren, um sich der Herausforderung der Systemintegration stellen zu können.

 

Mehr zu den verschiedenen Möglichkeiten der alternativen Energiegewinnung erfahren Sie im englischsprachigen MSc Programm Renewable Energy Systems, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster der TU Wien. Vortragende aus Forschung und Praxis vermitteln Teilnehmer_innen darin technische, rechtliche und wirtschaftliche Kenntnisse zu den wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Besondere Highlights sind Field Trips und Country Modules zu Energieerzeugern und -projekten in Europa, in denen die Teilnehmer_innen die Besonderheiten der Technologien und Märkte kennenlernen.

 

Der nächste Programmstart ist im November 2021. Im Jahresverlauf haben Sie die Möglichkeit, das Programmteam um den Lehrgangsleiter Prof. Dr. Reinhard Haas bei einer unserer nächsten Info-Sessions, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster kennen zu lernen.