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Alternative Antriebe

Der Rockstar: Wasserstoff

Er gilt als elementar für die Energiewende: grüner Wasserstoff. Ob dieser Wasserstoff aber wirklich im Mobilitätsbereich zur entscheidenden Antriebsenergie der Zukunft wird, hängt auch davon ab, wie effizient er sich speichern und transportieren lässt. Eine vielversprechende, wenngleich unter Wissenschaftlern noch kritisch diskutierte Möglichkeit bietet das LOHC-Verfahren, in das gerade Millionen investiert werden

Ein Kilogramm Wasserstoff enthält etwa dreimal so viel Energie wie ein Kilogramm Erdöl. Beim Verbrauch werden keinerlei Kohlendioxide oder Stickoxide freigesetzt. Entsprechend groß ist die Hoffnung, die Industrie und Politik in grünen Wasserstoff setzen. EU-Vizekommissionspräsident Frans Timmermanns hat ihn vergangenes Jahr den „Rockstar unter den sauberen Energien der Zukunft“ genannt. Wasserstoff gilt als Schlüssel oder zumindest als essenzieller Baustein zur Klimaneutralität.

Tatsächlich birgt Wasserstoff riesige Chancen: Er macht erneuerbare Energien speicherbar, transportfähig und nutzbar. Er trägt zur Dekarbonisierung in Industriebereichen wie der Stahl- oder Zementproduktion bei, die sonst nur schwierig dekarbonisiert werden können. Ein Pkw fährt mit nur einer Tankfüllung bis zu 600 Kilometer weit, betankt ist er in weniger als fünf Minuten. Und er ist ideal geeignet für den Schwerlastverkehr wie Lkw, Busse, Flugzeuge und Schiffe, die – aufgrund der geforderten Reichweiten der mitzuführenden Lasten – im Gegensatz zum Auto nicht ausschließlich batterieelektrisch betrieben werden können.

Birgit Scheppat ist Professorin für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie an der Hochschule RheinMain (Foto: Hochschule RheinMain)
Birgit Scheppat ist Professorin für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie an der Hochschule RheinMain (Foto: Hochschule RheinMain)

„Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen und elektrische Batterien verwenden das gleiche Verfahren. Doch Elektrobatterien sind schwer und haben lange Ladezeiten. Das ist gerade im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge nicht denkbar. Und hier kommt Wasserstoff ins Spiel: Er ist komplementär und man kann das Beste aus beiden Systemen verbinden“, erklärt Prof. Dr. Birgit Scheppat, Professorin für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie an der Hochschule RheinMain und ehemalige Vorsitzende der H2BZ-Initiative.

LOHC-Technik: Komplexität reduzieren

LOHC Technologies

Doch ob Wasserstoff im emissionsfreien Antriebsmix der Zukunft eine entscheidende Rolle spielt, hängt nicht zuletzt davon ab, wie die Herausforderung seiner Verteilung gelöst werden kann. „Der eine große Nachteil von Wasserstoff ist, dass er das Gas mit der geringsten Dichte ist und deshalb der Transport und die Speicherung schwierig und aufwendig sind. Bisher brauchte man hohen Druck oder musste ihn verflüssigen. Beides erfordert eine teure Infrastruktur und ist nur schwer im großen Stil machbar“, erklärt Dr. Daniel Teichmann, Gründer und Geschäftsführer von Hydrogenious LOHC Technologies.

Daniel Teichmann
Dr. Daniel Teichmann, Gründer und Geschäftsführer, Hydrogenious LOHC Technologies

Eine Lösung könnte die Speicherung in flüssigen organischen Trägermedien, sogenannten Liquid Organic Hydrogen Carriers (kurz: LOHC) sein. Statt Wasserstoff also zu verflüssigen oder unter Druck zu speichern, bindet man es im chemischen Prozess an eine Art Öl. Der Clou bei dieser Technik: So gespeicherter Wasserstoff ist kompatibel mit der aktuellen Infrastruktur für flüssige Kraftstoffe wie Benzin. Somit kann der Wasserstoff in üblichen Tanklastwagen oder Öltankern transportiert werden. Außerdem ist er nicht mehr entflammbar und Transport und Lagerung sind so viel sicherer. „Mit LOHC reduzieren wir die ganze Komplexität und bieten die sehr wirtschaftliche Möglichkeit, Wasserstoff zu speichern und über lange Wege zu transportieren. Denn auch 2045, unabhängig von einem möglichen Pipeline-System, werden wir große Teile unseres Energiebedarfs durch Importe aus der ganzen Welt flexibel decken“, so Teichmann.

Fünf Tonnen Wasserstoff pro Tag

Im Chempark im nordrhein-westfälischen Dormagen errichtet das Unternehmen gerade die derzeit weltgrößte Anlage zur LOHC-Einspeicherung im industriellen Maßstab. Bislang gab es nur kleine Pilotanlagen, die zeigen, dass die Technik funktioniert. Doch Skalierung sei ein wichtiger Schritt, um grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen, so Teichmann. Der ist bislang noch sehr viel teurer als fossile Energien, und es gibt noch keine kommerzielle Umsetzung. „In der neuen Anlage verarbeiten wir etwa fünf Tonnen pro Tag und können so die Kosten pro gespeichertem Kilo Wasserstoff deutlich reduzieren“, erzählt Teichmann. Die bisherige Unwirtschaftlichkeit ist für ihn kein technisches, sondern ein regulatorisches Thema. Er wünscht sich, dass die Politik bestehende Hürden aus dem Weg räumt und mehr Planbarkeit etwa bei der zukünftigen CO2-Bepreisung schafft.

Betrachtet man nicht die Wasserstoffnachfrager in der Industrie, sondern den Mobilitätssektor, so sieht Teichmann die LOHC-Technik in erster Linie als Möglichkeit, Tankstellen zu beliefern. Gemeinsam mit Partnern forscht Hydrogenious LOHC Technologies aber auch an maritimen Anwendungen: Der Fokus liegt dabei auf bordseitigen LOHC/Brennstoffzellen-Antriebssträngen für Schiffe, das heißt der grüne Wasserstoff wird aus dem LOHC „onboard“ freigesetzt und direkt als Treibstoff genutzt.

Flächendeckendes Leistungsnetz

Scheppat sieht LOHC indes nicht unkritisch: „LOHC eignet sich hervorragend für den Transport von großen Mengen Wasserstoff. Doch um den Wasserstoff anschließend nutzen zu können, muss er mithilfe von hohen Temperaturen umgewandelt werden. Außerdem müssen chemische Stoffe zurückgeführt werden. Beides ist nicht ganz einfach. Die beste Lösung sind Pipelines, doch solange wir noch keine haben, eignet sich LOHC erst einmal sehr gut.“

Denn bis es in Europa ein flächendeckendes Leistungsnetz für Wasserstoff gibt, wird es noch dauern. „Wasserstoffleitungen sind teurer und aufwendiger als unsere Technik“, sagt Teichmann. „Das Leitungsnetz, das schrittweise entsteht, kann auf allen Ebenen mit der LOHC-Technik ergänzt werden. Damit lassen sich alle Verbraucher versorgen, die nicht an ein Netz angeschlossen sind.“

Deutschland will bis 2045 klimaneutral werden und dabei eine Vorreiterrolle als Technologielieferant der Zukunft einnehmen. Wasserstoff müsse bei der Transformation von fossilen zu erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle spielen, fordert Scheppat. „Die Industrie kann durchstarten. Ich gehe davon aus, dass Verbrenner und auch Hybridautos in einigen Jahren verboten werden und Wasserstoff die Mobilität zu großen Teilen beherrschen wird. Bis dahin muss es eine Wasserstoff-Infrastruktur geben. Ich hoffe nur, dass der Mittelstand in Deutschland die Chancen der Technologie rechtzeitig erkennt. Denn wir haben hier sehr gute Komponentenlieferanten.“
Die Transformation sei eine große Aufgabe. So groß, wie sie die industrielle Welt noch nicht gesehen habe, betont Teichmann. 2045 sei ambitioniert, aber machbar – und vor allem alternativlos.

Nikolas Iwan, Geschäftsführer H2 Mobility
Nikolas Iwan, Geschäftsführer H2 Mobility

„Wir bauen an einer flächendeckenden Wasserstoff-Infrastruktur für Deutschland, weil wir davon überzeugt sind, dass Wasserstoff als Antriebsenergie Emissionen im Straßenverkehr deutlich senken kann. Die Infrastruktur muss in Vorleistung gehen, sonst lassen sich keine Fahrzeuge verkaufen. Ein öffentliches Tankstellennetz ist die Grundlage für Wasserstoffmobilität in Deutschland. Unser Ziel dabei: Grüner Wasserstoff zu 100 Prozent aus regenerativen Quellen.“

Prof. Dr.-Ing. Agnes Jocher, Professur für Sustainable Future Mobility an der Technischen Universität München
Prof. Dr.-Ing. Agnes Jocher, Professur für Sustainable Future Mobility an der Technischen Universität München

„Grüner Wasserstoff hat seinen Platz im Antriebsmix der Zukunft, der das Ziel hat, Kohlenstoffemissionen zu verringern. Grüner Wasserstoff könnte dazu beitragen, Kohlenstoffemissionen in Bereichen mit hohem Energiebedarf und wenigen Alternativen, wie zum Beispiel dem Luftverkehr, zu reduzieren. Das Potenzial von grünem Wasserstoff in der Luftfahrt muss jedoch noch eingehend untersucht werden.“

Jürgen Nadler, Chief Marketing Officer Keyou GmbH
Jürgen Nadler, Chief Marketing Officer Keyou GmbH

„Eine nachhaltige Energie- und Mobilitätswende ohne grünen Wasserstoff wird es nicht geben. Es gilt, jetzt durchzustarten, bevor es andere tun. Mit unserer Antriebstechnologie entwickeln wir den Verbrennungsmotor zur Nutzung von Wasserstoff weiter und kombinieren so die Vorteile eines klassischen Motors – geringe Kosten, lange Lebensdauer, Robustheit, kurze Betankungszeiten und gewohnte Reichweiten – mit dem Kraftstoff der Zukunft, dem CO2-freien Wasserstoff.“

Werner Diwald, Vorstandsvorsitzender Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e. V. (DWV)
Werner Diwald, Vorstandsvorsitzender Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e. V. (DWV)

„Wir müssen heute den Grundstein für eine leistungsfähige grüne Wasserstoffwirtschaft und -industrie legen und haben so die Chance, ein weiteres Wirtschaftswunder mit Hunderttausenden qualifizieren Arbeitsplätzen zu starten. Es gilt daher, sofort die erforderlichen regulatorischen Rahmenbedingungen für einen investitionssicheren Markthochlauf mit Weitsicht gesetzlich zu verabschieden.“

Dr. Yann Girard, Director of Economic Consulting, Continental Europe, Oxford Economics
Dr. Yann Girard, Director of Economic Consulting, Continental Europe, Oxford Economics

„Wasserstoff wird ein wichtiger Baustein für die Energiewende und die Dekarbonisierung der Industrie sein. Durch seine Funktion als Energiespeicher kann abgeregelter Strom aus erneuerbaren Anlagen für die Wasserstoffproduktion nutzbar gemacht und im gleichen Zuge der benötigte Übertragungsnetzausbau reduziert werden. Um die Pariser Klimaziele zu erreichen, sollte Wasserstoff jedoch zwingend grün sein, das heißt aus erneuerbaren Energien gewonnen werden. Da die Herstellung von Wasserstoff jedoch viel Energie benötigt, sollte vorhandene Energie erst direkt dort verwendet werden, wo sie benötigt wird, bevor man sie zur Gewinnung von grünem Wasserstoff einsetzt.“

Energy4Mobility ExpertTalk

Auch der kommende Energy4Mobility ExpertTalk befasst sich mit dem Thema Wasserstoff. Am 24. Juni 2021 von 15:00 bis 17:30 Uhr sprechen Experten unterschiedlicher Fachrichtungen auf Einladung der Messe Frankfurt über einzelne Themen aus dem Bereich Wasserstoff, anschließend tauschen sie sich in einer Paneldiskussion aus. Die Veranstaltung wird live gestreamt.

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