In den letzten Jahren haben Länder auf der ganzen Welt die Entwicklung der Wasserstoff-Energieindustrie in einem beispiellosen Tempo vorangetrieben. Laut dem gemeinsam von der internationalen Hydrogen Energy Commission und McKinsey veröffentlichten Bericht haben mehr als 30 Länder und Regionen den Fahrplan für die Entwicklung der Wasserstoffenergie veröffentlicht, und die weltweiten Investitionen in Wasserstoffenergieprojekte werden bis 2030 300 Milliarden US-Dollar erreichen
Wasserstoffenergie ist die Energie, die Wasserstoff im Prozess physikalischer und chemischer Veränderungen freisetzt. Wasserstoff und Sauerstoff können verbrannt werden, um Wärmeenergie zu erzeugen, und können auch durch Brennstoffzellen in Strom umgewandelt werden. Wasserstoff hat nicht nur eine Vielzahl von Quellen, sondern hat auch die Vorteile einer guten Wärmeleitung, Sauberkeit und Ungiftigkeit sowie einer hohen Wärme pro Masseneinheit. Der Wärmeinhalt von Wasserstoff ist bei gleicher Masse etwa dreimal so hoch wie der von Benzin. Es ist ein wichtiger Rohstoff für die petrochemische Industrie und Treibstoff für Luft- und Raumfahrtraketen. Angesichts der zunehmenden Forderung, den Klimawandel zu bewältigen und CO2-Neutralität zu erreichen, wird erwartet, dass Wasserstoffenergie das menschliche Energiesystem verändern wird.
Wasserstoffenergie wird nicht nur wegen ihres Null-Kohlenstoff-Ausstoßes im Freisetzungsprozess bevorzugt, sondern auch, weil Wasserstoff als Energiespeicherträger verwendet werden kann, um die Volatilität und Unterbrechung erneuerbarer Energien auszugleichen und deren groß angelegte Entwicklung zu fördern . Beispielsweise besteht die von der Bundesregierung geförderte „Strom-zu-Gas“-Technologie darin, Wasserstoff zu erzeugen, um sauberen Strom wie Wind- und Solarenergie zu speichern, der nicht rechtzeitig genutzt werden kann, und Wasserstoff zur weiteren Effizienz über eine weite Distanz zu transportieren Verwendung. Neben dem gasförmigen Zustand kann Wasserstoff auch als flüssiges oder festes Hydrid vorliegen, das über verschiedene Speicher- und Transportmöglichkeiten verfügt. Als seltene „Kopplungsenergie“ kann Wasserstoffenergie nicht nur die flexible Umwandlung zwischen Strom und Wasserstoff realisieren, sondern auch eine „Brücke“ bauen, um die Verbindung von Strom, Wärme, Kälte und sogar festen, gasförmigen und flüssigen Brennstoffen zu realisieren um ein saubereres und effizienteres Energiesystem aufzubauen.
Verschiedene Formen der Wasserstoffenergie haben vielfältige Anwendungsszenarien. Bis Ende 2020 wird der weltweite Besitz von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen im Vergleich zum Vorjahr um 38 % zunehmen. Die groß angelegte Anwendung von Wasserstoffenergie weitet sich allmählich vom Automobilbereich auf andere Bereiche wie Transport, Bauwesen und Industrie aus. Bei der Anwendung im Schienenverkehr und auf Schiffen kann Wasserstoffenergie die Abhängigkeit von Langstrecken- und Schwerlasttransporten von herkömmlichen Öl- und Gaskraftstoffen verringern. Beispielsweise entwickelte und lieferte Toyota Anfang letzten Jahres die erste Charge von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen für Seeschiffe. Bei der dezentralen Erzeugung kann Wasserstoffenergie Wohn- und Gewerbegebäude mit Strom und Wärme versorgen. Wasserstoffenergie kann auch direkt effiziente Rohstoffe, Reduktionsmittel und hochwertige Wärmequellen für die Petrochemie, Eisen- und Stahlindustrie, Metallurgie und andere chemische Industrien bereitstellen und so den Kohlenstoffausstoß wirksam reduzieren.
Allerdings ist Wasserstoff als eine Art Sekundärenergie nicht einfach zu gewinnen. Wasserstoff kommt hauptsächlich in Wasser und fossilen Brennstoffen in Form von Verbindungen auf der Erde vor. Die meisten bestehenden Wasserstoffproduktionstechnologien basieren auf fossiler Energie und können Kohlenstoffemissionen nicht vermeiden. Gegenwärtig reift die Technologie der Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien allmählich heran, und CO2-freier Wasserstoff kann durch Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Wasserelektrolyse hergestellt werden. Wissenschaftler erforschen auch neue Technologien zur Wasserstoffproduktion, beispielsweise die solare Photolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff und Biomasse zur Herstellung von Wasserstoff. Die vom Institut für Kernenergie und neue Energietechnologie der Tsinghua-Universität entwickelte nukleare Wasserstoffproduktionstechnologie wird voraussichtlich in 10 Jahren mit der Demonstration beginnen. Darüber hinaus umfasst die Wasserstoffindustriekette auch Lagerung, Transport, Abfüllung, Anwendung und andere Glieder, die ebenfalls mit technischen Herausforderungen und Kostenbeschränkungen konfrontiert sind. Am Beispiel der Lagerung und des Transports weist Wasserstoff eine geringe Dichte auf und kann bei normaler Temperatur und normalem Druck leicht austreten. Langfristiger Kontakt mit Stahl führt zur „Wasserstoffversprödung“ und zur Beschädigung des Stahls. Lagerung und Transport sind deutlich schwieriger als bei Kohle, Öl und Erdgas.
Derzeit sind viele Länder rund um alle Aspekte der neuen Wasserstoffforschung in vollem Gange und müssen technische Schwierigkeiten überwinden. Mit der kontinuierlichen Erweiterung des Umfangs der Wasserstoffenergieerzeugung sowie der Speicher- und Transportinfrastruktur besteht auch ein großer Raum für einen Rückgang der Kosten für Wasserstoffenergie. Untersuchungen zeigen, dass die Gesamtkosten der Wasserstoff-Energieindustriekette bis 2030 voraussichtlich um die Hälfte sinken werden. Wir gehen davon aus, dass sich die Wasserstoffgesellschaft beschleunigen wird.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. März 2021