Seitdem in der Bundesrepublik die Erneuerbaren Energien im Vormarsch sind, stellt sich eine drängende Frage: Wie kann man die nachhaltig erzeugte Energie speichern? Bei der anstehenden Verkehrswende wird zudem nach alternativen Antrieben gefragt. Dabei machen zwei 'Zauberwörter' die Runde: "Wasserstoff" und "Brennstoffzelle".
Seit den 1950er Jahren waren Wasserstoff und Brennstoffzelle immer wieder in der Diskussion. Als Antrieb hat Wasserstoff durch die Raumfahrt die Höhen des Weltraums erobert, Brennstoffzellen in U-Booten die Tiefen des Ozeans. Und längst fahren Brennstoffzellenautos mit Wasserstoff angetrieben auf unseren Straßen.
Stolz präsentierte Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier vorigen Sommer seine nationale Wasserstoffstrategie. Diese europäisch abgestimmte Initiative soll private Investitionen von mehr als 33 Milliarden auslösen. Dabei geht es hauptsächlich um zwei Arten Wasserstoff zu nutzen: Als Medium, um nachhaltig erzeugten Strom zu speichern, und als Antrieb in der Elektromobilität.
Hier wird in Rheinland-Pfalz geforscht
Die Energiewende ist nach Meinung von Experten ohne Wasserstoff nicht zu schaffen. Allerdings gibt es in Rheinland-Pfalz nur eine einzige Forschungsstelle mit Schwerpunkt Wasserstoff. Sie wird von Professor Gregor Hoogers im Umweltcampus Birkenfeld geleitet. Seit mehr als 20 Jahren forscht der Physiker und Chemiker zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Zusammen mit seinen Mitarbeitern untersucht er unter anderem, wie man den Platinbedarf bei der Brennstoffzelle reduzieren kann, und wie Dieselabgase eine Brennstoffzelle beeinflussen könnten.
Experimentiert wird dabei mit sogenannten Brennstoffzellenstapel: Das sind mehrere Brennstoffzellen, die Strom erzeugen können. So eine Zelle funktioniert nach einem einfachen Prinzip: Von einer Seite gelangt Wasserstoff, von der anderen Sauerstoff an die Membrane. Die Moleküle verbinden sich zu Wasser, wobei Energie freigesetzt wird.
So können Wasserstoff und Brennstoffzellen genutzt werden
Die Einsatzmöglichkeiten von Brennstoffzellen und Wasserstoff sind sehr vielfältig:
- Wasserstoff ist ein guter Speicher für alternative Energien.
- Es eignet sich auch als Energiezufuhr in der Stahlindustrie.
- Brennstoffzellen kommen in der Elektromobilität zum Einsatz, nicht nur bei Autos, sondern auch bei Bussen und LKWs.
- Brennstoffzellen gibt es aber auch im Kleinen – zum Beispiel als Antrieb von Desinfektionsspendern.
Aktuell wird aber noch viel geforscht zum Beispiel mit Flugzeugen oder Zügen.
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Diese Vor- und Nachteile haben die alternativen Antriebe
Über die Vor- und Nachteile von Wasserstoff und Brennstoffzellen wurde in der Vergangenheit oft heftig und emotional diskutiert. Ein entscheidender Vorteil von Wasserstoff: Er kann den Strom aus Wind und Solaranlagen speichern, der nicht gleich verbraucht werden kann. Dafür braucht es effiziente Stromspeicher, wie es sie im Energiepark Mainz gibt: Die sogenannte Power-to-Gas-Anlage hier ist eine der größten weltweit.
Und so funktioniert sie: Der überschüssige Strom wird in einen sogenannten Elektrolyseur geleitet. Hier spaltet der Strom Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff. Der Wasserstoff kann an Wasserstofftankstellen geliefert, im Gasnetz gespeichert oder auch wieder in Strom zurückgewandelt werden. In so einem Fall spricht man von einem Smart Grid, einem intelligenten Netz, das den Strom je nach Bedarf verteilt.
Als Nachteil des Wasserstoffs bemängeln Kritiker, dass der Wirkungsgrad nicht hoch genug sei und man viel Energie aufwenden muss, um ihn zu speichern. Das lohnt sich nur, wenn Ökostrom dazu genutzt wird. Als Antrieb hat Wasserstoff den Vorteil, dass Autos bis zu 700 Kilometer fahren können. Der Nachteil: Noch gibt es zu wenige Tankstellen.
