Grüner Wasserstoff – essenzieller Energieträger der Energiewende FAU-Studie zeigt technische Möglichkeiten auf
Wie lässt sich Wasserstoff herstellen, in welchen Bereichen einsetzen und
welche Möglichkeiten gibt es, ihn zu verteilen? Mit diesen Fragen hat sich
die Studie „Wasserstoff Technik Screening“ der Friedrich-Alexander-
Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) im Auftrag der N-ERGIE
Aktiengesellschaft beschäftigt. Grundlegende Erkenntnis des
Forschungsteams vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik: Grüner
Wasserstoff, aus erneuerbaren Energien hergestellt, wird sich im Zuge der
Energiewende zu einem essenziellen Energieträger entwickeln.
Das gilt besonders für die Sektoren, die kaum über Alternativen verfügen,
um Klimaneutralität zu erreichen. Im Gegensatz zum Sektor Mobilität, der
sich weitgehend elektrifizieren lässt, sind dies Industrieprozesse sowie
große Teile des Wärmemarkts. Ein geeigneter Weg auf dem Pfad der
Klimaneutralität liegt darin, die Gasnetzinfrastruktur langfristig weiter
zu nutzen und dort das heutige Erdgas zunehmend gegen klimaneutrale
Energieträger wie Wasserstoff auszutauschen.
Wasserstoff bleibt knappes Gut
Ebenso arbeitet die Studie, die unter der Leitung von Prof. Dr. Jürgen
Karl entstanden ist, heraus, dass für den Durchbruch von Wasserstoff-
Technologien sowohl regionale als auch überregionale Verteilstrukturen
entstehen müssen. Weil für die Herstellung hohe Kapazitäten regenerativer
Energie benötigt werden, wird Wasserstoff sowohl kurz- als auch
mittelfristig nur in begrenztem Maß zu Verfügung stehen. Zudem wird dieser
überwiegend nicht in Deutschland erzeugt, sondern importiert werden. Als
effizienteste Form der Verteilung zeichnet sich – zumindest über lange
Strecken – der gasförmige Transport über Pipelines ab.
Verschiedene Technologieoptionen auf dem Prüfstand
Genutzt werden könnte regional erzeugter Wasserstoff zum einen von
Industriekunden in der Region, die – aus jetziger Sicht – noch lange auf
einen Anschluss an ein reines Wasserstoff-Netz warten müssen. Zum anderen
ist der Einsatz zur Fernwärmeerzeugung denkbar.
Vor allem drei Methoden der Erzeugung rücken infolge der
wissenschaftlichen Studie in den Blick: Zunächst die Herstellung durch die
Aufspaltung von Wasser mittels eines Elektrolyseurs. Diese Form gilt
gemeinhin als Schlüsseltechnologie für die Herstellung von grünem
Wasserstoff und ließe sich beispielsweise in räumlicher Nähe von
potenziellen Abnehmern realisieren.
Die zweite Option ist die Herstellung von Wasserstoff über die
Methanpyrolyse von Biomethan. Hierbei wird Methan aus Biogas unter Einsatz
von regenerativ erzeugtem Strom thermisch in Wasserstoff und festen
Kohlenstoff gespalten. Anders als bei der Verbrennung entsteht bei diesem
Prozess kein klimaschädliches CO2. Dieses Verfahren entzieht der
Atmosphäre im Saldo sogar CO2. Der über die Pyrolyse gewonnene Wasserstoff
könnte beigemischt im Heizkraftwerk den Anteil der CO2-neutralen Fernwärme
in Nürnberg weiter steigern.
Biogene Reststoffe aus der Kreislaufwirtschaft nutzen?
Eine dritte, in der öffentlichen Diskussion bislang weniger beachtete
Möglichkeit, Wasserstoff zu erzeugen, ist die thermochemische Konversion
biogener Reststoffe. Dabei wird zum Beispiel Waldrestholz oder auch
Klärschlamm unter Einsatz von Wärme vergast. Bei der anschließenden
Aufbereitung wird der Wasserstoff vom gewonnenen Synthesegas abgeschieden.
Innerhalb dieses Verfahrens erscheint vor allem die noch wenig erforschte
elektrisch beheizte Wasserdampf-Vergasung von Biomasse vielversprechend,
da sie bei entsprechender Technologiereife eine besonders hohe Effizienz
verspricht. Die Energie, die hierbei für die Gewinnung von Wasserstoff
eingesetzt wird, kommt zu etwa zwei Dritteln aus Biomasse und nur zu etwa
einem Drittel aus Strom.
Die komplette Studie, erarbeitet von der FAU und herausgegeben vom Energie
Campus Nürnberg (EnCN), gibt es als Download:
https://www.evt.tf.fau.de/fors
wasserstoffstudie-2021/
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