Grüner Wasserstoff ist eines der großen Versprechen der Energiewende, denn er bietet eine Möglichkeit, Energie ohne CO2-Emissionen zu speichern und zu nutzen. Diese Art von Wasserstoff wird durch einen Prozess namens hergestellt Elektrolyse von Wasser, das Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe von Strom trennt, der aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind erzeugt wird. Trotz seiner Vorteile steht grüner Wasserstoff vor einer Reihe von Herausforderungen, derer wir uns bewusst sein müssen, um sein Potenzial als echte Alternative zu beurteilen Fossile Brennstoffe.
In diesem Artikel untersuchen wir die Schlüsselthemen, die die Entwicklung von grünem Wasserstoff beeinflussen, sowie seine Merkmale, Vor- und Nachteile, um einen vollständigen Überblick darüber zu erhalten, was diese Technologie wirklich bietet.
Produktion von grünem Wasserstoff
Wasserstoff kommt in der Natur normalerweise nicht isoliert vor, sondern ist meist mit anderen Molekülen verbunden, beispielsweise mit Wasser. Bei der Elektrolyse wenden wir elektrischen Strom an, um Wassermoleküle aufzuspalten (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O.2). Dieser Prozess ist nur dann nachhaltig, wenn der verwendete Strom aus sauberen Quellen wie Solar- oder Windenergie stammt. Daher wird der durch diese Technik erzeugte Wasserstoff genannt grüner Wasserstoff.
Im Gegensatz dazu stammt der Großteil des heute produzierten Wasserstoffs aus Fossile Brennstoffe, wie Erdgas oder Öl. Dieser sogenannte graue Wasserstoff wird häufig in der chemischen Industrie und in Raffinerien eingesetzt. Allerdings entstehen bei seiner Herstellung große Mengen Kohlendioxid (CO).2), was es aus ökologischer Sicht unhaltbar macht.
Obwohl bei der Herstellung von grünem Wasserstoff große Fortschritte erzielt wurden, handelt es sich immer noch um eine relativ neue Technologie und ist noch lange nicht skalierbar. Weltweit stammen immer noch 99 % des eingesetzten Wasserstoffs aus fossilen Rohstoffen, was zu einem jährlichen globalen Ausstoß von 900 Millionen Tonnen CO führt2.
Energiespeicher
Eine der wichtigsten Eigenschaften von grünem Wasserstoff ist seine Fähigkeit Energie speichern. Erneuerbare Energien wie Sonne und Wind sind es blinktDas bedeutet, dass sie manchmal mehr Energie erzeugen, als verbraucht werden kann, und manchmal nicht genug.
Wasserstoff kann dieses Problem lösen, indem er als Speicher fungiert. Wenn überschüssiger erneuerbarer Strom vorhanden ist, kann dieser durch Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden. Anschließend kann dieser Wasserstoff als Kraftstoff in Motoren, Maschinen oder sogar als Rohstoff in industriellen Prozessen verwendet werden. Auf diese Weise kann grüner Wasserstoff dazu beitragen, überschüssige erneuerbare Energie zu speichern und sie dann zu nutzen, wenn erneuerbare Ressourcen knapp sind.
Grüner Wasserstoff fungiert nicht nur als Energiespeicher, sondern verursacht bei seiner Verwendung keine Treibhausgasemissionen, was ihn zu einem Schlüsselelement für die Umwelt macht Dekarbonisierung der Industrie-, Transport- und Energiesektoren.
Probleme mit grünem Wasserstoff
Der Hauptnachteil von grünem Wasserstoff sind seine hohen Produktionskosten. Obwohl Wasserstoff das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist, ist die Gewinnung aus Wasser aufgrund des Energieverbrauchs der Elektrolyse kostspielig. Auch bei Strom aus erneuerbaren Quellen bleiben die Kosten hoch.
Ein weiteres Problem, mit dem grüner Wasserstoff konfrontiert ist, ist das geringe Energieeffizienz der aktuellen Produktions- und Transportmethoden. Studien zufolge gehen bei der Produktion von grünem Wasserstoff etwa 80 % der eingesetzten Energie verloren. Diese Energieineffizienz stellt ein großes Hindernis für die großflächige Einführung dar.
Darüber hinaus sind auch der Transport und die Speicherung von Wasserstoff kompliziert. Dieses Gas hat eine niedrige Energiedichte Im Vergleich zu anderen Kraftstoffen erfordert die Speicherung und der Transport der gleichen Energiemenge deutlich größere Tanks und Rohrleitungen. Außerdem ist es leicht entflammbar, was das Sicherheitsrisiko erhöht.
Eine weitere wichtige Herausforderung ist das Risiko entkommt. Wasserstoffmoleküle sind extrem klein, viel kleiner als die in Methan oder Erdgas, was ihre Eindämmung erschwert. Wenn Wasserstoff in die Atmosphäre gelangt, könnte er das Klima ähnlich wie Treibhausgase beeinflussen, da er den Gehalt an Methan und anderen atmosphärischen Verbindungen beeinflussen könnte.
Wie viel kostet die Herstellung von Wasserstoff?
Eines der größten Hindernisse für den Ausbau von grünem Wasserstoff sind seine Kosten. Eine aktuelle Studie schätzt, dass die Produktion von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse bei Nutzung erneuerbarer Energiequellen ab 3,23 Euro pro Kilogramm rentabel sein kann. Einige optimistische Prognosen gehen davon aus, dass die Kosten in einigen Jahren auf 2,5 Euro pro Kilogramm sinken könnten.
Diese Zahlen hängen jedoch weitgehend von mehreren Faktoren ab, beispielsweise vom Strompreis und den Kosten für Elektrolyseure, die derzeit noch beträchtlich sind. Derzeit ist die Herstellung von grünem Wasserstoff deutlich teurer als die Herstellung von grauem oder blauem Wasserstoff, weshalb viele Branchen weiterhin auf diese Alternativen setzen.
El grauer Wasserstoff Es ist das gebräuchlichste und kostengünstigste Verfahren, bei dessen Herstellung jedoch fossile Brennstoffe verbrannt werden, was es zu einer ökologisch nicht nachhaltigen Option macht. Andererseits ist die blauer Wasserstoff, das aus Erdgas gewonnen wird, aber CO einfängt und speichert2 emittiert, ist es eine Option, die Emissionen reduziert, obwohl es immer noch weniger nachhaltig ist als grüner Wasserstoff.
Vorteil
Grüner Wasserstoff hat mehrere Vorteil Schlüssel, die es zu einer sehr attraktiven Alternative zur Dekarbonisierung von Sektoren machen, die schwer zu elektrifizieren sind:
- Emissionsminderung: Bei der Herstellung und Verwendung entstehen keine Schadstoffe oder Treibhausgase. Wenn es aus erneuerbarer Energie gewonnen wird, ist es ein völlig sauberer Kraftstoff.
- Energiespeicher: Dient als Lösung, um überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern und bei Bedarf freizugeben, wodurch die Kapazität erneuerbarer Energien erweitert wird.
- Erweiterte Anwendungen: Es dient als Kraftstoff im Transportwesen, als Vermittler bei der Energieerzeugung und als Rohstoff in der chemischen Industrie.
- Dekarbonisierung von Industriesektoren: Sektoren wie der Luftverkehr, der Seeverkehr und die Schwerindustrie sind auf Kraftstoffe mit hoher Energiedichte angewiesen, die nur Wasserstoff bieten kann.
Nachteile
Trotz der Vorteile von grünem Wasserstoff müssen wir auch die berücksichtigen desventajas das zeigt:
- Hohe Produktionskosten: Der Elektrolyseprozess bleibt teuer, insbesondere im Vergleich zu grauem Wasserstoff.
- Schwierigkeiten beim Transport und bei der Lagerung: Wasserstoff erfordert eine spezielle Infrastruktur, um sicher gespeichert und transportiert zu werden, was zusätzliche Kosten verursacht.
- Sicherheits Risikos: Wasserstoff ist leicht entflammbar und sein Transport kann bei unsachgemäßer Handhabung Risiken bergen.
- Geringe Energieeffizienz: Ein großer Teil der in die Produktion von grünem Wasserstoff investierten Energie geht in den Produktions- und Transportprozessen verloren.
Zusammenfassend stellt grüner Wasserstoff eine der vielversprechendsten Technologien für die Energiewende und die Dekarbonisierung von Sektoren dar, für die es keine klare Alternative durch direkte Elektrifizierung gibt. Sein Erfolg wird jedoch weitgehend von der Senkung der Produktionskosten, der Verbesserung seiner Effizienz und der Entwicklung der notwendigen Infrastruktur für Lagerung und Transport abhängen.