In den letzten Jahren haben Länder weltweit die Entwicklung der Wasserstoffenergiebranche in beispiellosem Tempo vorangetrieben. Laut einem gemeinsamen Bericht der Internationalen Wasserstoffenergiekommission und McKinsey haben mehr als 30 Länder und Regionen Fahrpläne für die Wasserstoffenergieentwicklung veröffentlicht, und die weltweiten Investitionen in Wasserstoffenergieprojekte werden bis 2030 300 Milliarden US-Dollar erreichen.
Wasserstoffenergie ist die Energie, die bei physikalischen und chemischen Reaktionen von Wasserstoff freigesetzt wird. Wasserstoff und Sauerstoff können zur Wärmeerzeugung verbrannt und mithilfe von Brennstoffzellen in Strom umgewandelt werden. Wasserstoff ist nicht nur vielseitig verfügbar, sondern zeichnet sich auch durch gute Wärmeleitfähigkeit, Sauberkeit, Ungiftigkeit und einen hohen Heizwert pro Masseneinheit aus. Der Heizwert von Wasserstoff ist bei gleicher Masse etwa dreimal so hoch wie der von Benzin. Er ist ein wichtiger Rohstoff für die petrochemische Industrie und ein wichtiger Treibstoff für Raketen. Angesichts der zunehmenden Forderungen nach Klimaschutz und Klimaneutralität wird erwartet, dass Wasserstoffenergie das menschliche Energiesystem grundlegend verändern wird.
Wasserstoffenergie wird nicht nur aufgrund ihrer CO₂-freien Erzeugung bevorzugt, sondern auch, weil sie als Energiespeicher die Volatilität und Intermittenz erneuerbarer Energien ausgleichen und deren großflächigen Ausbau fördern kann. Beispielsweise zielt die von der Bundesregierung geförderte „Electric-to-Gas“-Technologie darauf ab, Wasserstoff zu produzieren, um sauberen Strom wie Wind- und Solarenergie, der nicht zeitnah genutzt werden kann, zu speichern und ihn über weite Strecken zu transportieren, um ihn anschließend effizient zu nutzen. Neben dem gasförmigen Zustand kann Wasserstoff auch als flüssiges oder festes Hydrid vorliegen und bietet vielfältige Speicher- und Transportmöglichkeiten. Als seltene „Kopplungsenergie“ ermöglicht Wasserstoff nicht nur die flexible Umwandlung zwischen Strom und Wasserstoff, sondern schlägt auch eine Brücke zur Vernetzung von Strom, Wärme, Kälte und sogar festen, gasförmigen und flüssigen Brennstoffen, um so ein saubereres und effizienteres Energiesystem zu schaffen.
Verschiedene Formen von Wasserstoffenergie bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Bis Ende 2020 wird der weltweite Besitz von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen im Vergleich zum Vorjahr um 38 % steigen. Die großflächige Anwendung von Wasserstoffenergie weitet sich schrittweise vom Automobilsektor auf andere Bereiche wie Transport, Bauwesen und Industrie aus. Im Schienenverkehr und in der Schifffahrt kann Wasserstoffenergie die Abhängigkeit des Fern- und Schwerlastverkehrs von herkömmlichen Öl- und Gaskraftstoffen verringern. So entwickelte und lieferte Toyota beispielsweise Anfang letzten Jahres die erste Charge von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen für Seeschiffe. In der dezentralen Energieerzeugung kann Wasserstoffenergie Strom und Wärme für Wohn- und Gewerbegebäude liefern. Darüber hinaus kann Wasserstoffenergie der petrochemischen Industrie, der Eisen- und Stahlindustrie, der Metallurgie und anderen chemischen Industrien direkt effiziente Rohstoffe, Reduktionsmittel und hochwertige Wärmequellen bereitstellen und so die CO₂-Emissionen effektiv reduzieren.
Wasserstoffenergie ist als Sekundärenergie jedoch nicht leicht zu gewinnen. Er kommt auf der Erde hauptsächlich in Form von Verbindungen in Wasser und fossilen Brennstoffen vor. Die meisten bestehenden Wasserstoffproduktionstechnologien basieren auf fossilen Energieträgern und sind daher mit CO₂-Emissionen verbunden. Die Technologie der Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien reift jedoch zunehmend, und emissionsfreier Wasserstoff kann durch Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Wasserelektrolyse gewonnen werden. Wissenschaftler erforschen zudem neue Technologien zur Wasserstoffproduktion, wie die solare Photolyse von Wasser und die Nutzung von Biomasse. Die vom Institut für Kernenergie und neue Energietechnologien der Tsinghua-Universität entwickelte Technologie zur nuklearen Wasserstoffproduktion soll voraussichtlich in zehn Jahren in Betrieb gehen. Die Wasserstoffindustrie umfasst darüber hinaus auch Speicherung, Transport, Abfüllung und Anwendung, die ebenfalls mit technischen Herausforderungen und Kostenbeschränkungen verbunden sind. Am Beispiel von Speicherung und Transport lässt sich dies verdeutlichen: Wasserstoff hat eine geringe Dichte und ist unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen leicht zu entweichen. Langfristiger Kontakt mit Stahl führt zu Wasserstoffversprödung und damit zu Schäden am Stahl. Speicherung und Transport sind daher deutlich schwieriger als bei Kohle, Erdöl und Erdgas.
Derzeit wird in vielen Ländern intensiv an allen Aspekten der Wasserstoffforschung gearbeitet, wobei technische Herausforderungen bewältigt werden müssen. Mit dem kontinuierlichen Ausbau der Infrastruktur für Wasserstoffproduktion, -speicherung und -transport besteht erhebliches Potenzial für sinkende Wasserstoffkosten. Studien zeigen, dass die Gesamtkosten der Wasserstoffwirtschaft bis 2030 voraussichtlich um die Hälfte sinken werden. Wir erwarten daher eine beschleunigte Entwicklung hin zur Wasserstoffgesellschaft.
Veröffentlichungsdatum: 30. März 2021