vgbe energy journal 7 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

Wasserstoffbasierte Hybridlösungen
mit planbar zu nutzen und drittens wird die
Wärmeversorgung gerne dabei vergessen.
Eines aber ist allen klar. Eine Energieversorgung
der Zukunft muss mit einem ökologisch
vertretbaren Erzeugungskonzept einhergehen.
Die wesentlichen Farben der Wassersoffgewinnung
Grau
Elektrolyse mit fossilen Energieträgern
Reformierung von Erdgas
CO2-
Bilanz
2 Wasserstoff als
Energieträger der Zukunft
Blau
Reformierung von Erdgas mit CCS-Ergänzung
Derzeit wird vielerorts ein Energieträger
propagiert, der in den Medien immer wieder
als die Lösung aller Probleme dargestellt
wird.
Dass Wasserstoff zur Energieerzeugung dienen
kann, ist keine neue Erkenntnis. Wasserstoff
verbrennt quasi rückstandsfrei zu
Wasser und kann aus dem Rohstoff Wasser
in beliebiger Menge erzeugt werden.
Türkis
Methanpyrolyse
Reformierung von Biogas
Grün
Vergasung und Vergärung von Biomasse
Elektrolyse durch regenerative Energie
Bild 1. Wasserstoff Farbenlehre.
Was bei dieser Betrachtung aber völlig außer
Acht gelassen wird, ist die Tatsache,
dass Wasserstoff nur ein Trägermedium darstellt.
Da Wasserstoff in ungebundener Form
so gut wie nicht in der Natur vorkommt,
muss der Energieträger Wasserstoff erst
durch Elektrolyse aus Wasser oder durch andere
Syntheseverfahren aus anderen Rohstoffen,
wie Gasen erzeugt werden.
Was bedeutet das? Alle Energie, die durch
Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden
kann, muss vorher durch Elektrolyse oder
Synthese aus anderen Medien unter Zugabe
von eben dieser Energie in das Medium Wasserstoff
eingebracht werden. Berücksichtigt
man nun, dass bei jedem Umwandlungsprozess
stets auch Verluste auftreten, muss also
mehr Energie in die Erzeugung von Wasserstoff
gegeben werden, als man aus dem Wasserstoff
später wieder entnehmen kann.
Allein in dieser Tatsache zeigt sich schon das
Dilemma:
Wirtschaftlich kann das Thema Wasserstoff
nur angegangen werden, wenn der Bezugspreis
von Strom und Rohstoffen geringer ist,
als die am Ende der Verarbeitungskette aus
Wasserstoff rückerzeugte Energie einbringt.
Eine kleine Verbesserung dieser Bilanz kann
dadurch erreicht werden, dass der Wärmeertrag
bei der Umwandlung des Wasserstoffs
ebenfalls genutzt wird. An dem grundsätzlichen
Vorzeichen der Energiebilanz
ändert sich dadurch aber nichts. Wassersoff
stellt also keinen Primärenergieträger dar,
sondern gleicht seitens der Energiebilanz
eher einem Speichermedium.
Dass Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff
ist, erkennt man relativ schnell anhand der
Klassifizierung nach der Erzeugungsart.
Hier hat man sich in den letzten Jahren auf
eine Farbenlehre verständigt (B i l d 1 ).
Wünschenswert ist natürlich ein möglichst
großer Anteil an grünem Wasserstoff. Dabei
stellen allerdings die Gestehungskosten
von grünem Wasserstoff eine zusätzliche,
große Hürde dar. Waren die Kosten
für blauen oder grauen Wasserstoff aus Erdgas
schon hoch, um Wasserstoff für die Infrastruktur
oder die Energieindustrie zu verwenden,
sind die jungen und grünen Technologien
von Hause aus noch kostenintensiver.
Die zusätzlichen Kosten für eine Umwandlung
in Wasserstoff machen die Kostenbilanz
nicht besser. Schon daraus lässt sich der
ideale Anwendungsfall für eine Wasserstofferzeugung
ableiten. Wasserstoff wird immer
dann interessant, wenn man Energiebedarf
und Energieerzeugung nicht synchron
in Einklang bringen kann. In dem Fall kann
bisher ungenutzte, aber erzeugte Energie zu
minimalen Bezugskosten für eine Wasserstofferzeugung
zeitlich unabhängig genutzt
werden. In die Kostenbilanz fallen dann nur
die Investitions- und Betriebskosten der
Wasserstofferzeugung. Dem gegenüber stehen
dann die Einsparungen durch Nutzung
von Wasserstoff zu anderen Zeiten. Die ökologische
Bilanz wird dadurch positiv beeinflusst.
Durch die flexible Nutzung von ohnehin
erzeugter Energie, lassen sich Verluste
minimieren und Netze stabilisieren, sodass
eine bessere Ausnutzung von bestehenden
Kapazitäten geschaffen werden kann.
Speichertechnologieen
Wärmespeicher Stromspeicher Elektrolyse
Externer Netzbezug
Externer
Wärmebezug
Externer
Strombezug
Lokales
Stromnetz
Energie
Management
System
Verbraucher
Bild 2. Zentrales Energiemanagement System EMS.
Dies hat die Politik längst als öffentlichkeitswirksam
erkannt. Es werden seitens der zuständigen
Gremien in Bund und Ländern
Förderprogramme aufgerufen, die den grünen
Wasserstoff fördern und Anreize zur
Investition schaffen sollen.
Will man über die Wirtschaftlichkeit von
Wasserstoff eine Entscheidung treffen, muss
von Fall zu Fall nach den Kriterien des
Rohstoff- und Energiebezugs, der zeitlichen
Verfügbarkeit und dem Anwendungsund
Nutzungsfall entschieden werden.
Eine pauschale Aussage dazu ist kaum möglich.
3 Hybride Lösungen
Aus heutiger Sicht lässt sich zeigen, dass der
Energiemix der Zukunft trotz der Volatilität
der Erzeugungsanlagen und der Schwankungen
in der Abnahme vermehrt dezentral
erzeugt werden kann. Die Anlagen müssen
hierfür eine Vielzahl an möglichen Last- und
Erzeugungszuständen beherrschen. Sie
müssen in der Lage sein, aus dem bestehenden
Angebot an regenerativen Energien und
den jeweils vorherrschenden Bezugskosten-
Lokales
Wärmenetz
Erzeugungstechnologieen
Wasserstoffspeicher
Brennstoffzellen
Lokale
Wärmeerzeuger
Lokale
Stromerzeuger
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