Die MCE-Energieexpertenreihe befasst sich mit komplexeren Energiethemen. Erforschen Sie Themen wie dieses, Microgrids und Netzelektrizitätsmessung im Detail in unserer Serie Energieexperten. Suchen Sie nach weiteren Grundlagen? Besuchen Sie unser Serie Energie 101.
Was ist Wasserstoff als Kraftstoff?
Wasserstoff ist ein sauberer Brennstoff, der ohne Treibhausgasemissionen hergestellt und in einer Vielzahl von Energieanwendungen eingesetzt werden kann. Er wird häufig in Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen als Alternative zu Elektrofahrzeugen verwendet. Wie Benzin kann Wasserstoff in flüssiger Form gespeichert und in ein Fahrzeug gepumpt werden, wobei die gleichen Verfahren wie bei einer herkömmlichen Tankstelle angewandt werden. Er kann auch verwendet werden in Heizung und Energiespeicherung. Wasserstoff als Kraftstoff kann erzeugt werden durch mehrere Prozesse, einschließlich thermischer, elektrolytischer, solarbetriebener und biologischer Verfahren. Wenn Wasserstoff in einer Brennstoffzelle verbraucht wird, entsteht als einziges Nebenprodukt Wasser, was eine völlig saubere Energiequelle darstellt.
Thermischer Prozess
Das thermische Verfahren erzeugt 95% des heute verwendeten Wasserstoffs. Kohlenwasserstoffbrennstoffe wie Erdgas, Diesel, Kohle, Biogas und erneuerbare flüssige Brennstoffe werden mit Dampf reformiert, der zu Wasserstoff reagiert.
Bei der Elektrolyse wird Strom verwendet, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Im Gegensatz zu thermischen Verfahren kann die Elektrolyse vollständig mit erneuerbarer Energie betrieben werden, wodurch ein kohlenstofffreier Kraftstoff entsteht, der auch als grüner Wasserstoff bezeichnet wird.
Solargesteuerter Prozess
Solarbetriebener Wasserstoffbrennstoff kann auf drei Arten erzeugt werden: photosynthetische Bakterien produzieren Wasserstoff, spezialisierte Halbleiter trennen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, oder konzentrierte Sonnenenergie treibt Wasserspaltungsreaktionen an.
Biologische Prozesse
Biologische Prozesse nutzen Bakterien und Algen, um durch biologische Reaktionen Wasserstoff zu erzeugen. Bestimmte Mikroben erzeugen Wasserstoff als Nebenprodukt ihres Stoffwechsels. Sie tun dies durch den Verbrauch von Biomasse oder Abwasser oder durch Photosynthese.
Was ist grüner Wasserstoff?
Grüner Wasserstoff ist ein Wasserstoffkraftstoff, der mit Hilfe von Technologien für erneuerbare Energien erzeugt wird. Durch Elektrolyse, die mit erneuerbarer Energie betrieben wird, werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten und der Wasserstoff für die Verwendung als Kraftstoff aufgefangen und gespeichert. Durch den Einsatz erneuerbarer Technologien wie Solarenergie ist dieser Prozess völlig kohlenstofffrei. Grüner Wasserstoff ist eines der neuesten Instrumente, die auf dem Weg in eine kohlenstofffreie Zukunft in Betracht gezogen werden.
In Kalifornien ist grüner Wasserstoff aufgrund der großen Überproduktion an Sonnenenergie in der Mitte des Tages attraktiv. Dieses Überangebot an Sonnenenergie kann für die Elektrolyse zur Erzeugung und Speicherung von grünem Wasserstoff genutzt werden. Weitere Informationen zum Überangebot an Solarenergie in Kalifornien finden Sie in unserem Energieexperte: Entenkurve Blogbeitrag. Die gute Nachricht ist, dass grüner Wasserstoff dazu beiträgt, die Entenkurve zu lösen. Diese aufstrebende Energiespeichertechnologie hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, die uns dabei helfen, unsere Ziele zur Reduzierung der Treibhausgase zu erreichen und gleichzeitig die Belastung des Stromnetzes zu verringern und die Zuverlässigkeit des Netzes zu erhöhen.
Power-to-Power-Anwendungen
Eine Möglichkeit, grünen Wasserstoff zu nutzen, sind Power-to-Power-Anwendungen. Bei diesen Anwendungen wird Strom zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet, und der Wasserstoff wird dann zur Erzeugung von langfristig abrufbarem Strom genutzt. Ein Beispiel für Power-to-Power-Anwendungen mit grünem Wasserstoff ist die Verwendung von überschüssigem Solarstrom, der tagsüber erzeugt wird, um durch Elektrolyse grünen Wasserstoff als Kraftstoff zu erzeugen. Dieser Wasserstoff kann gespeichert und in Spitzenlastzeiten zur Stromerzeugung mit einer Gasturbine oder einer Brennstoffzelle verwendet werden. In diesem Fall fungiert der Wasserstoff als eine Art Energiespeicher, der die Erzeugung von Zeiten, in denen er nicht benötigt wird, auf Zeiten mit hoher Nachfrage verlagert. Power-to-Power-Anwendungen erhöhen die Netzzuverlässigkeit und verringern den Bedarf an Erdgas-Spitzenlastkraftwerken in den Abendstunden.
Power-to-Transport-Anwendungen
Power-to-Transport-Anwendungen ermöglichen die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Solarenergie und die anschließende Verwendung als Kraftstoff in Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Diese Fahrzeuge werden wie ein Gasfahrzeug in wenigen Minuten mit ¾ des flüssigen Kraftstoffs betrieben. Der Wasserstoffkraftstoff fließt durch eine Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in Elektronen aufspaltet, die zum Antrieb eines Motors verwendet werden. Die einzigen Emissionen bei diesem Prozess sind Wasser und Wärme.
Während der Großteil des heute produzierten Wasserstoffs aus Verfahren stammt, die den Einsatz fossiler Brennstoffe erfordern, bietet grüner Wasserstoff eine emissionsfreie Alternative. Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge, die mit grünem Wasserstoff betrieben werden, würden ein völlig emissionsfreies, von der Sonne angetriebenes Fahrzeug schaffen.
(Grafik: FCHEA)
