Liebe Leser,
Totgeglaubte leben länger. Wie Wasserstoff und Brennstoffzelle – zwei Begriffe, die aus der Versenkung wieder aufgetaucht sind. Wasserstoff ist ein Element, das bei all seiner Bescheidenheit die Grundlage des Lebens ist.
Was für ein Aufhebens da um ein ganz einfaches Atom gemacht wird. Genau besehen, um das einfachste Element überhaupt: Wasserstoff steht an erster Stelle des Periodensystems und hat mit einem Proton im Kern die geringste Atommasse. Einfach, aber oho, denn es ist das häufigste Element in den Weiten des Weltalls und in Kombination mit Sauerstoff als Wasser ist es das Elixier des Lebens.
Wasserstoff, dieses verhältnismäßig winzige Atom, ist Dinosaurier und Ur-Mutter unter den Elementen. Gehen wir zurück zum Urknall, der knapp 14 Milliarden Jahr her sein soll. „Die Natur hat die chemischen Elemente, aus denen alle Sterne und Planeten, alle Organismen und auch wir Menschen bestehen, in zwei Phasen erzeugt“, berichtet die Seite „Welt der Physik“ der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Die erste Phase endete demnach bereits wenige Minuten nach dem Urknall. Bis dahin seien in erster Linie nur die leichtesten Elemente Wasserstoff und Helium entstanden gewesen. Erst einige hundert Millionen Jahre später habe die zweite Phase begonnen und aus dem Urgas konnten sich die ersten Sterne bilden. Wasserstoff ist auch heute noch das häufigste Element im Universum, ebenso in unserem Sonnensystem. „Die Sonne ist Grundlage allen irdischen Lebens: In dem Zentralgestirn stecken 99,8 Prozent der Masse des gesamten Planetensystems. Der riesige Plasmaball besteht überwiegend aus Wasserstoff“, schreibt das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.
Im heißen Inneren dieses Plasmaballs brenne ein beständiges Fusionsfeuer. „Hier verschmelzen die Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Die bei dieser Kernfusion erzeugten gewaltigen Energien erwärmen und beleuchten auch die Erde“, so die Max-Planck-Forscher weiter. Die Fusionsforschung setzt auf die friedliche Nutzung der Kernfusion, die Forscher im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik arbeiten daran, „die Sonne im Kleinen nachzubauen“.
Auf der Erde findet sich Wasserstoff fast ausschließlich in gebundener Form, zum Beispiel im Wasser: H2O. H ist das Symbol für Wasserstoff, O für Sauerstoff. Und jetzt rückt das Element wieder als Stoff der Zukunft in den Fokus und in die Schlagzeilen.
Auf Bundesebene arbeiten vier Ministerium an einem Strategiepapier mit ehrgeizigem Ziel: Noch bis zum Jahresende soll die Wasserstoff-Strategie präsentiert werden, meldete die Tagesschau Anfang November. Deutschland soll sogar in diesem Bereich weltweit führend werden. In einem Thesenpapier der Ministerien heiße es: „In der Industrie kann perspektivisch bei vielen Prozessen CO2-frei erzeugter Wasserstoff zum Einsatz kommen.“ Im Verkehrsbereich stünden der Luftverkehr, die Schifffahrt sowie Schwerlastwagen im Fokus.
Auch die Autoindustrie lockt mit dem Element. Bei Daimler liest sich das zum Beispiel so: „Elektromobilität hat viele Facetten. Wasserstoff gehört dazu.“ Bei Toyota ist vom „Kraftstoff für die Zukunft“ die Rede.
In Autos, die Wasserstoff tanken, sorgt eine Brennstoffzelle für die Wandlung der chemischen in elektrische Energie. Dieser Strom treibt dann einen Elektromotor an. Deshalb zählen Brennstoffzellenfahrzeuge zu den Elektrofahrzeugen. In den Fahrzeugen ist eine kleine Batterie als Zwischenspeicher verbaut. Das Prinzip der Brennstoffzelle vereinfacht: Wasserstoff aus einem Tank wird zur Anode geleitet. Dieser gibt dort Elektronen ab. Sauerstoff aus der Luft wird der Kathode zugeführt und nimmt Elektronen auf. Eine Elektrolytmembran lässt positiv geladene Hydroxid-Ionen durch. An der Kathode entsteht durch die positiv geladenen Wasserstoff-Ionen und die negativ geladenen Sauerstoff-Ionen schließlich Wasser. Zwischen Anode und Kathode fließt Strom, der einen Elektromotor antreibt.
Um den Treibstoff für diese Fahrzeuge, also den Wasserstoff H2, zu erhalten, muss dieser zunächst beispielsweise durch die sogenannte Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Nur wenn der hierzu nötige Strom aus regenerativen Energien kommt, kann von einem emissionsfreien Fahren – abgesehen vom Reifenabrieb – die Rede sein. Auch in unseren Körperzellen wird bei der Atmungskette durch wohl dosierte Einzelschritte die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff genutzt, um Energie zu gewinnen. Zu einer explosionsartigen Energieentladung kommt es dagegen, wenn eine detonationsfähige Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff mit Glut oder Flammen in Berührung kommt. Diese Knallgasreaktion hängt einem mitunter im Hinterkopf, wenn man an Wasserstoff im Autotank denkt. Hier kann zum Beispiel die Deutsche Energie-Agentur beruhigen: „Brennstoffzellenfahrzeuge weisen andere Sicherheitsrisiken als Verbrenner auf, allerdings gibt es Sicherheitsstandards die eine grundsätzlich sichere Nutzung gewährleisten. Die einzige andere Gefahrenquelle im Vergleich zu Benziner oder Diesel stellt der Wasserstofftank dar. Der Sicherheitsdruck ist allerdings doppelt so hoch ausgelegt wie der Betriebsdruck, um die sichere Nutzung zu gewährleisten. Zudem gibt es eine geringere Brandgefahr, da im Tank kein Sauerstoff enthalten ist. Sollte Wasserstoff entweichen, verfliegt dieser sofort. Da Wasserstoff nicht giftig ist, entsteht somit keine Umweltverschmutzung.“
Als Vorteile listet die bundeseigene Agentur schnelle Betankung, leises Fahren und „lokal emissionsfrei“ auf. Unter Nachteilen findet sich „Produktion von Wasserstoff ist engergieintensiv, hohe Fahrzeugkosten und relativ hohe Kraftstoffkosten“.
Ein bisheriges Problem der Wasserstoffnutzung war dessen verlustfreie und langfristige Lagerung. Frohe Kunde hierzu kommt aus Erlangen. Im Jahr 2013 wurde dort die Hydrogenious LOHC Technologies GmbH von Forschenden der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg gegründet. LOHC steht hierbei für Liquid Organic Hydrogen Carrier. Bei dem Erlanger Unternehmen ist dieses LOHC ein spezielles Öl, das mit Wasserstoff beladen wird und aus dem dieser wieder abgeschöpft werden kann. „Wir haben LOHC-Systeme nach Europa und in die USA gebracht und arbeiten am Markteintritt in China. Heute sind wir mehr denn je davon überzeugt, dass Wasserstoff entscheidend zum erfolgreichen Aufbau eines erneuerbaren und emissionsfreien zukünftigen Energiesystems beitragen wird“, heißt es auf der Homepage von Hydrogenious. In einem Video in der ARD-Mediathek löscht der Geschäftsführer eindrucksvoll ein Streichholz im mit Wasserstoff beladenen Öl, das hier als Trägerflüssigkeit fungiert. Mit der Neuerung könne bestehende Tankstelleninfrastruktur genutzt werden, ist in dem Beitrag der Frankenschau zu erfahren. Das Öl könne hier wie eine Pfandflasche be- und entladen werden und ein sicherer Transport großer Mengen Wasserstoff sei durch die Neuerung möglich.
Energie aus Windkraft und Fotovoltaik-anlagen kann per Power-to-Gas in Wasserstoff gespeichert und wieder in Strom zurückgewandelt werden. In Pritzwalk in Brandenburg steht seit einigen Jahren eine derartige Pilotanlage. Die Wind-, Solar- und Biogasanlagen drumherum „erzeugen bis zu viermal mehr Strom als Bürger und Firmen verbrauchen“, schreibt „Spiegel online“. In anderen Teilen der Republik müssten die Anlagen oft abgeregelt werden, wenn zu viel Strom in den Netzen ist. Rund 1,4 Milliarden Euro an Entschädigungen hätten die Betreiber von Ökostromanlagen dafür im vergangenen Jahr bekommen, heißt es in dem Bericht weiter. Durch die Power-to-Gas-Anlage im Pritzwalk werden überschüssige Strommengen zu speicherbarem Wasserstoff.
Große Firmen wollen neuerdings klimaneutral produzieren, zum Beispiel Thyssen-Krupp Steel Europe. Eine von zwei Strategien dabei ist – man lese und staune – Wasserstoff im Hochofen. Der Wasserstoff ersetze dabei Einblaskohle. Am 11. November sei am Standort Duisburg-Hamborn der Auftakt zum weltweit ersten Versuch zur Wasserstoffzufuhr an einer der Blasformen des „Hochofens 9“ erfolgt.
Und die Wasserstofftankstelle für daheim gibt es auch schon. Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule im schweizerischen Lausanne haben sie entwickelt. Die Wasserstoffmoleküle werden in einem Metallhydrid gebunkert. Das Gerät sei so groß wie ein Kühlschrank, schreibt der „Spiegel“. Benötigt wird Wasser und Strom, letzterer kann auch von der eigenen Fotovoltaikanlage vom Dach kommen – Stromspeicher und Tankstelle in einem. Wasserstoff hat Gegner und Befürworter, auch unter den Experten. Es bleibt spannend, was sich wie schnell, ob überhaupt und aus welchem Grund durchsetzen wird.
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