Wasserstoff als Kraftstoff – CEO Knowledge Briefing
- Der Wasserstoffkraftstoff
- Energiedichte und Verflüssigung von Wasserstoff
- Speicherung von Wasserstoff als Kraftstoff
- Wie wird Wasserstoffkraftstoff hergestellt?
- Herstellung von Wasserstoff als Kraftstoff
- Grüner Wasserstoff als Kraftstoff
- Wasserstoff weltweit
- Wie viel kostet Wasserstoff als Kraftstoff?
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Der Wasserstoffkraftstoff
Wasserstoff als Kraftstoff hat das Potenzial, eine saubere, effiziente und flexible Energiequelle mit einem breiten Spektrum von Anwendungen zu sein. Wasserstoff kann als Brennstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen, tragbaren Stromgeneratoren und stationären Stromversorgungssystemen verwendet werden, und er kann auch als Ausgangsstoff für die Herstellung von Chemikalien und Materialien dienen.
Einer der Hauptvorteile von Wasserstoff als kraftstoff ist, dass bei seiner Verbrennung nur Wasser entsteht, was ihn zu einer sauberen und umweltfreundlichen Energiequelle macht. Außerdem hat Wasserstoff als Kraftstoff eine hohe Energiedichte, d. h. er kann eine große Energiemenge in einem kleinen Volumen speichern. Dadurch eignet es sich gut für den Einsatz in tragbaren und mobilen Anwendungen, wie z. B. in Brennstoffzellenfahrzeugen.
Energiedichte und Verflüssigung von Wasserstoff
Die Energiedichte eines Kraftstoffs bezieht sich auf die Menge an Energie, die in einem bestimmten Volumen gespeichert werden kann. Wasserstoff als Kraftstoff hat im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen wie Erdöl und Erdgas eine relativ geringe Energiedichte.
Allerdings hat Wasserstoff als Kraftstoff eine hohe spezifische Energie, d. h. die Energiemenge pro Gewichtseinheit. Das bedeutet, dass er viel Energie bei geringem Gewicht speichern kann, wodurch sich Wasserstoff als Kraftstoff gut für tragbare und mobile Anwendungen eignet.
Wasserstoffgas kann bei niedrigen Temperaturen verflüssigt werden, etwa bei -253°C (-423°F). Dieses Verfahren, das als kryogene Verflüssigung bezeichnet wird, ermöglicht es, Wasserstoff in flüssiger Form zu speichern und zu transportieren, was bequemer und effizienter sein kann als die Speicherung und der Transport in gasförmigem Zustand.
Speicherung von Wasserstoff als Kraftstoff
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wasserstoff als Kraftstoff sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen zu speichern. Einige der wichtigsten Methoden sind:
- Komprimiertes Wasserstoffgas: Wasserstoffgas kann in Hochdrucktanks oder -flaschen gespeichert werden, ähnlich wie Propantanks. Dies ist eine gängige Methode zur Speicherung von Wasserstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen.
- Flüssiger Wasserstoff: Wie bereits erwähnt, kann Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen verflüssigt und in kryogenen Tanks gespeichert werden. Dies ist eine effizientere Methode zur Speicherung von Wasserstoff, da er weniger Volumen einnimmt als Gas. Um die niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten, sind jedoch spezielle Geräte und Isolierung erforderlich.
- Wasserstoff in Festkörpern: Wasserstoff kann in Festkörpern wie Metallhydriden oder Kohlenstoffnanoröhren bei Raumtemperatur gespeichert werden. Diese Methode hat das Potenzial, sehr effizient zu sein, aber sie befindet sich noch im Anfangsstadium der Entwicklung.
Beispiel – Kryogener Tank für Wasserstoff als Kraftstoff
Wie wird Wasserstoffkraftstoff hergestellt?
Die Art und Weise, wie Wasserstoffkraftstoff hergestellt wird, hat Einfluss auf die Produktionskosten sowie auf die Gesamtumweltbelastung bzw. den Nutzen. Im Folgenden werden die wichtigsten etablierten Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff als Kraftstoff aufgeführt.
Herstellung von Wasserstoff als Kraftstoff
- Methandampfreformierung: Dies ist die am weitesten verbreitete Methode zur Erzeugung von Wasserstoff. Dabei wird Methan (Erdgas) mit Wasserdampf umgesetzt, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen.
- Kohlevergasung: Bei diesem Verfahren wird die Kohle mit Dampf und Sauerstoff umgesetzt, um Wasserstoff und andere Nebenprodukte zu erzeugen.
- Elektrolyse: Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dieser Prozess kann mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen- oder Windenergie betrieben werden, um grünen Wasserstoff zu erzeugen.
- Vergasung von Biomasse: Bei diesem Verfahren wird Biomasse, z. B. Holz oder landwirtschaftliche Abfälle, mit Dampf und Sauerstoff zur Erzeugung von Wasserstoff und anderen Nebenprodukten umgesetzt.
Grüner Wasserstoff als Kraftstoff
Grüner Wasserstoff ist Wasserstoffkraftstoff, der mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen- oder Windenergie hergestellt wird. Bei diesem als Elektrolyse bezeichneten Verfahren wird Wasser mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.
Grüner Wasserstoff hat die gleichen chemischen Eigenschaften wie aus fossilen Brennstoffen hergestellter Wasserstoff, gilt aber als sauberer und nachhaltiger, da bei seiner Herstellung keine Treibhausgase entstehen.
Taxonomie des grünen Wasserstoffs
Derzeit gibt es keine offizielle, allgemein anerkannte Taxonomie für grünen Wasserstoff. Es gibt jedoch mehrere Organisationen und Initiativen, die an der Festlegung von Normen und Definitionen für grünen Wasserstoff arbeiten.
So hat beispielsweise die Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) eine Reihe von Leitlinien für die Klassifizierung von erneuerbarem Wasserstoff entwickelt, in denen grüner Wasserstoff als Kraftstoff definiert wird, der aus erneuerbarem Strom durch Elektrolyse von Wasser hergestellt wird.
Wasserstoff weltweit
Weltweit gibt es mehrere Länder , die aktiv Wasserstofftechnologien und -infrastrukturen entwickeln. Einige der Länder, die derzeit bei der Entwicklung von Wasserstoff führend sind, sind:
- Japan ist ein Pionier auf dem Gebiet der Wasserstoffenergie, wobei der Schwerpunkt auf Wasserstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen und stationären Stromversorgungssystemen liegt. Das Land hat eine umfassende Wasserstoffinfrastruktur aufgebaut, die Wasserstoffproduktions-, Transport- und Verteilungsnetze umfasst.
- Auch im Bereich der Wasserstoffenergie ist Deutschland führend, wobei der Schwerpunkt auf der Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energiequellen und der Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen liegt.
- Südkorea hat einen starken Fokus auf Wasserstoff-Energie, insbesondere in den Bereichen Brennstoffzellenfahrzeuge und stationäre Stromversorgungssysteme. Das Land hat einen umfassenden Wasserstofffahrplan aufgestellt und investiert massiv in Forschung und Entwicklung.
- Auch China entwickelt aktiv Wasserstofftechnologien und -infrastrukturen. In den letzten Jahren hat China erhebliche Investitionen in die Wasserstoffforschung und -entwicklung getätigt, wobei der Schwerpunkt auf Brennstoffzellenfahrzeugen, stationären Stromversorgungssystemen und der Wasserstoffproduktion lag. China hat eine Reihe von Initiativen und Programmen zur Förderung der Entwicklung von Wasserstofftechnologien ins Leben gerufen, darunter den “National Hydrogen and Fuel Cell Strategic Plan”, der die Ziele und Strategien des Landes für die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft umreißt. In China gibt es eine Reihe von Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die sich aktiv mit der Wasserstoffforschung und -entwicklung befassen, und das Land beherbergt einige der größten Wasserstoffproduktionsanlagen der Welt. Darüber hinaus verfügt China über ein wachsendes Netz von Wasserstofftankstellen und arbeitet an der Erweiterung seiner Wasserstoffinfrastruktur.
- In den Vereinigten Staaten gibt es eine wachsende Wasserstoffindustrie, wobei der Schwerpunkt auf Brennstoffzellenfahrzeugen und stationären Stromversorgungssystemen liegt. Das Land hat eine Reihe von Initiativen und Programmen zur Förderung der Entwicklung von Wasserstofftechnologien aufgelegt.
Dies sind nur einige Beispiele, und viele andere Länder auf der ganzen Welt entwickeln ebenfalls aktiv Wasserstofftechnologien und -infrastrukturen.
Wie viel kostet Wasserstoff als Kraftstoff?
Die Nettokosten für Wasserstoffkraftstoff hängen von der Produktionsmethode und der Verfügbarkeit von Primärenergiequellen ab. Der tatsächliche Preis für Wasserstoffkraftstoff “an der Zapfsäule” wird nicht nur von den Produktionskosten, sondern auch von der Marktnachfrage und dem Wettbewerbsumfeld abhängen. Angebot und Nachfrage nach Wasserstoffkraftstoff müssen natürlich in Relation zu anderen auf dem Markt verfügbaren Kraftstoffen gesetzt werden. In der Übergangszeit der Einführung in den Mobilitätsmarkt werden die Kosten für Wasserstoffkraftstoff pro Gallone oder Liter wahrscheinlich auch durch staatliche Subventionen und steuerliche Anreize beeinflusst werden.
Letzte Aktualisierung: 20.01.2023