apa.at
Mehr zum Thema / Hermann Mörwald / Donnerstag 02.06.22

Was­ser­stoff wird hochgefahren

Im künf­ti­gen CO2-armen Ener­gie­mix der EU, aber auch Öster­reichs, soll bekannt­lich auch Was­ser­stoff sei­nen Bei­trag leis­ten. Kurz­fris­tig kann er noch wenig dazu bei­tra­gen, die durch den Ukrai­ne-Krieg ersicht­lich gewor­de­nen Abhän­gig­kei­ten zu redu­zie­ren. Der Auf­bau einer Was­ser­stoff­in­dus­trie könn­te durch die Ener­gie­kri­se aber beschleu­nigt wer­den, mei­nen vie­le Energieexperten. 
Foto: APA/dpa

So sol­len laut dem jüngst vor­ge­leg­ten Ener­gie­pa­ket bis 2030 zehn Mil­lio­nen Ton­nen kli­ma­freund­li­cher Was­ser­stoff (H2) in der EU pro­du­ziert und wei­te­re zehn Mil­lio­nen Ton­nen impor­tiert wer­den. Damit könn­ten rund sechs bis sie­ben Mil­lio­nen Ton­nen Erd­gas sub­sti­tu­iert wer­den. In Öster­reich könn­te die ers­te hei­mi­sche Tera­watt­stun­de (TWh) grü­ner Was­ser­stoff  – über Elek­tro­ly­se – 2027 im Ein­satz sein, 2030 soll­ten es laut öster­rei­chi­scher Ener­gie­agen­tur (AEA) dann vier TWh sein.

„Das ist ein ers­ter Schritt, um die Was­ser­stoff­in­dus­trie ein­mal hoch­zu­fah­ren“, meint dazu etwa Georg Bru­nau­er, Pro­fes­sor an der FH Salz­burg, Stu­di­en­gang Smart Buil­ding und Smart City, im Gespräch mit APA-Science.

 

EXTRA: Kli­ma­freund­li­cher  Wasserstoff

 

Pro Ton­ne grau­em Was­ser­stoff (aus fos­si­len Brenn­stof­fen gewon­nen) wer­den etwa zwölf Ton­nen Koh­len­di­oxid (CO2) in die Atmo­sphä­re gepumpt. Wird CO2 abge­schie­den, spricht man von „blau­em” oder „tür­ki­sem” Was­ser­stoff. Bei grü­nem Was­ser­stoff wird kein CO2 frei­ge­setzt. Als „koh­len­stoff­ar­mer Was­ser­stoff“ darf laut EU-Vor­ga­ben künf­tig Was­ser­stoff bezeich­net bzw. zer­ti­fi­ziert wer­den, der über den gan­zen Lebens­zy­klus betrach­tet bei der Her­stel­lung von einem kg Was­ser­stoff weni­ger als drei kg CO2-äqui­va­len­te (CO2e) Treib­haus­gas­emis­sio­nen frei­setzt. Mehr zur Far­ben­leh­re des Was­ser­stoffs fin­den sie hier.

 

Für die umwelt­freund­li­che Was­ser­stoff-Her­stel­lung braucht es kla­rer­wei­se Pro­duk­ti­ons­ka­pa­zi­tä­ten – sprich genug Strom, nicht irgend­ei­nen, son­dern grü­nen Strom. Damit kom­me man nicht umhin, die erneu­er­ba­ren Ener­gie­quel­len wei­ter­aus­zu­bau­en. „Die künf­ti­ge Pro­duk­ti­on von H2 muss von den zusätz­li­chen Kapa­zi­tä­ten kom­men“, so Bru­nau­er, denn falls nicht, gibt er „unse­rem Ener­gie­sys­tem nicht mehr viel Zeit“. Die EU-Zie­le könn­ten ambi­tio­nier­ter aus­fal­len, aber es „gibt eben nicht genug Ener­gie. Um mehr H2 her­zu­stel­len, muss sich die EU doch schon damit behel­fen, dass Atom­strom grün gela­belt wird.“

Bei der öster­rei­chi­schen Ener­gie­agen­tur glaubt man, dass ab frü­hes­tens 2030 die Was­ser­stoff­in­dus­trie plus zuge­hö­ri­ger Infra­struk­tur glo­bal zu lau­fen begin­nen wird. Ab die­sem Zeit­punkt kön­ne mit aus­ge­reif­ten Tech­no­lo­gien gerech­net wer­den. Ohne Impor­te wer­de Öster­reich sei­nen Bedarf an grü­nem Was­ser­stoff aber nicht decken kön­nen. Als Bin­nen­land ohne eige­nen Hafen habe die Alpen­re­pu­blik einen Nach­teil und sei von Deutsch­land und Ita­li­en abhän­gig. Zudem könn­ten neue Import­ab­hän­gig­kei­ten gegen­über Län­dern, die grü­nen Was­ser­stoff aus Son­ne und Wind im gro­ßen Stil erzeu­gen kön­nen, ent­ste­hen (sie­he auch hier).

Anschub durch tur­bu­len­te Zeiten

Seit dem Ukrai­ne-Krieg und Markt­tur­bu­len­zen gibt es aus Sicht der AEA-Exper­ten nicht mehr nur die Kli­ma­kri­se als Grund, von Erd­gas weg­zu­kom­men. Auf­grund des teu­ren Erd­ga­ses wer­de die wirt­schaft­li­che Betrach­tung von Was­ser­stoff der­zeit neu bewer­tet, was eine Beschleu­ni­gung des Aus­baus zur Fol­ge haben dürfte.

Das sieht auch Bru­nau­er so: „Die geo­po­li­ti­schen Zer­würf­nis­se könn­ten den Weg frei für eine beschleu­nig­te Ener­gie-Trans­for­ma­ti­on machen. Waren die anfäng­li­chen Struk­tu­ren der Ener­gie­ver­sor­gung dezen­tral orga­ni­siert, gab es mit dem Auf­kom­men der Groß­kraft­wer­ke (etwa ab den 1920ern) einen Umbau zu einem zen­tra­len Sys­tem.“ Bru­nau­er ortet im Zuge der Ener­gie­wen­de einen Trend zu dezen­tra­len Net­zen mit „intel­li­gen­ten Sub­struk­tu­ren“, wor­an er die ver­gan­ge­nen Jah­re in Salz­burg (H2 Vil­la­ge in Ober­trum plus dem Nach­fol­ge-Pro­jekt H2 Demo­lab – Smart Regi­on) inten­siv gear­bei­tet hat.

Was­ser­stoff­dorf

 

Beim vom Kli­ma- und Ener­gie­fonds und der FFG geför­der­ten Pro­jekt H2 Vil­la­ge spielt – wie der Name bereits ver­rät – Was­ser­stoff eine zen­tra­le Rol­le. In Ober­trum galt es zunächst im Zuge eines kom­mu­na­len Ener­gie­nut­zungs­plans das Poten­zi­al von PV-Anla­gen zu ermit­teln. Auf Basis die­ser Ana­ly­se wur­de eine Elek­tro­ly­se­an­la­ge zur H2-Pro­duk­ti­on dimen­sio­niert, die als Spei­cher die erfor­der­li­che Aus­gleichs­en­er­gie der Ort­schaft mög­lichst redu­zie­ren soll. Bei der Pro­duk­ti­on von Was­ser­stoff ent­steht außer­dem Wär­me, die zur Behei­zung von Gebäu­den ver­wen­det wer­den kann. Außer­dem wur­de eine öffent­li­che H2-Tank­stel­le in der Pro­jekt­stu­die vor­ge­se­hen. Laut Bru­nau­er wird der mit erneu­er­ba­rer Ener­gie erzeug­te Was­ser­stoff auf Elek­tro­ly­se­ba­sis somit für eine akti­ve Sek­tor­kopp­lung genutzt, und bedeu­tet, dass die Net­ze von Strom, Gas und Wär­me mit ein­an­der ver­bun­den werden.

In dem Nach­fol­ge-Pro­jekt H2 Demo­LAB – Smart Regi­on soll gezeigt wer­den, wie das Sys­tem eine gan­ze Regi­on trans­for­mie­ren könn­te. Als Modell­ge­mein­den sind hier Alten­markt im Pon­gau, Rad­stadt, Bischofs­ho­fen, Mit­ter­sill und Wagrain an Bord. In einem vom Land Salz­burg geför­der­tem For­schungs­pro­jekt unter Mit­wir­kung von TU Wien/IET, Salz­burg AG, SAG Lend, Pon­gau­er Ener­gie Cen­ter und Aus­tro­Cel Hal­lein wird eine Elek­tro­ly­se-Demo­an­la­ge zur H2-Pro­duk­ti­on auf­ge­baut. Die Ergeb­nis­se sol­len die Basis für die Kon­zep­tio­nie­rung kon­kre­ter was­ser­stoff­ba­sier­ter Ener­gie­sys­te­me in den Modell­ge­mein­den bilden.

Punk­to Was­ser­stoff wer­de in Zukunft die dezen­tra­le Ver­sor­gung eine wesent­li­che Rol­le spie­len, meint auch Gün­ther Baum­gar­ten, CEO bei key ener­gy, die ein Elek­tro­ly­se-Ver­fah­ren zur Bereit­stel­lung eines sauer­stoff- und was­ser­stoff­hal­ti­gen Gas­ge­mi­sches ent­wi­ckelt haben: „Die Anla­gen wer­den direkt dort instal­liert, wo sie benö­tigt wer­den.“ Der Ein­satz bei unmit­tel­ba­rem Ener­gie­be­darf und das Ver­hin­dern von Lei­tungs­ver­lus­ten sind für Baum­gar­ten zen­tra­le Argu­men­te für das Sys­tem von key energy.

Die Ener­gie­agen­tur geht dage­gen anfäng­lich von einer zen­tra­len (Anla­gen vor Ort) H2-Nut­zung aus, da die ent­spre­chen­den Infra­struk­tu­ren noch nicht vor­han­den seien.

Kraft­akt Energiewende

Ein kur­zer Schritt zurück: Öster­reich soll bis 2040 kli­ma­neu­tral wer­den, was eine rasche Ener­gie­wen­de erfor­dert. Das pas­siert aber laut Ener­gie­agen­tur welt­weit, wodurch ein glo­ba­ler Markt für neue Tech­no­lo­gien und Lösun­gen ent­steht. Öster­reichs Ziel lie­ge aber zeit­lich vor denen ande­rer Län­der und Regio­nen. Die EU gesamt strebt z.B. eine Kli­ma­neu­tra­li­tät bis 2050 an. „Öster­reich kann also nicht auf Lösun­gen ande­rer war­ten. Das ist schwie­rig, kann aber eine Chan­ce sein, inter­na­tio­nal mit Inno­va­tio­nen zu punk­ten“, meint Andre­as Indin­ger von der Energieagentur.

Öster­reich deckt sei­nen Ener­gie­ver­brauch in etwa mit knapp über einem Drit­tel aus erneu­er­ba­ren Ener­gie­trä­gern, der Rest kommt aus Fos­si­len, die wie­der­um haupt­säch­lich impor­tiert wer­den. „Das heißt, es braucht einen raschen Kraft­akt, um die Nut­zung von Erneu­er­ba­ren – öko­lo­gisch und öko­no­misch ver­tret­bar – aus­zu­bau­en. Neben der Anhän­gig­keit von fos­si­len Quel­len muss auch die Import­ab­hän­gig­keit redu­ziert wer­den, was das Com­mit­ment sämt­li­cher Sta­ke­hol­der des Gas­be­reichs vor­aus­setzt“, so Indinger.

Gleich­zei­tig sei­en inten­si­ve Maß­nah­men im Effi­zi­enz­be­reich nötig: Mit weni­ger Ener­gie-Input den glei­chen Out­put erzie­len. Öster­reich wird laut AEA wohl auch 2040 wei­ter­hin ein Net­to-Ener­gie­im­por­teur  sein, dann aber vor allem durch die Ein­fuhr von grü­nem Was­ser­stoff oder erneu­er­ba­rem Gas.


EXTRA: H2 in der Industrie

Was­ser­stoff ist für die Indus­trie nichts Neu­es. Der­zeit wer­den laut AEA hier­zu­lan­de rund 144.000 Ton­nen (5 TWh) grau­er Was­ser­stoff – aus Erd­gas gewon­nen – indus­tri­ell genutzt (Stand 2020).


Gas raus aus der Raumwärme

„Es wird der Ver­gan­gen­heit ange­hö­ren, Gas mit 2.000 Grad zu ver­bren­nen, um einen Wohn­raum auf 20 Grad zu erwär­men. Gas hat in der Raum­wär­me künf­tig nichts mehr zu suchen“, so Gün­ter Pau­ritsch von der Ener­gie­agen­tur. Eben­so gebe es bei Nie­der­tem­pe­ra­tur­pro­zes­sen in der Indus­trie sowie beim Pkw-Ver­kehr bes­se­re und güns­ti­ge­re Alter­na­ti­ven als Wasserstoff.

Ähn­lich argu­men­tiert Bru­nau­er von der FH Salz­burg: „Das Erd­gas­netz, so wie wir es der­zeit betrei­ben, ist mit­tel­fris­tig dem Unter­gang geweiht.“ Das lie­ge dar­an, dass das Gas in gro­ßem Maß­stab zum Hei­zen ver­wen­det wird. Auch sei­ner Mei­nung nach hat das Gas bei der Raum­hei­zung nichts mehr ver­lo­ren. Künf­tig müss­ten dann Gas­pipe­lines, in die viel inves­tiert wur­den, ander­wei­tig genutzt wer­den – z.B. Adap­tie­rung für den Trans­port von Was­ser­stoff, damit par­al­le­le Infra­struk­tu­ren ver­hin­dert werden.

So wid­met sich Bru­nau­er im Rah­men einer wis­sen­schaft­li­chen Pro­jekt­stu­die der Fra­ge, wie man künf­tig das Erd­gas­netz für Was­ser­stoff ertüch­ti­gen könn­te – zur Ver­tei­lung für die dezen­tra­le Nut­zung und für künf­ti­ge H2-Tank­stel­len. In der ers­ten Pha­se kann man bis zu 10 Pro­zent in das Erd­gas­netz ein­spei­sen. Mög­lich soll­ten letzt­lich 100 Pro­zent sein. Dafür gebe es Mög­lich­kei­ten wie pipe-in-pipe-Sys­te­me: „Damit kann man auf­wen­di­ge Erd­ar­bei­ten verhindern.“

EXTRA: Was­ser­stoff­her­stel­lung

 

Um Was­ser­stoff her­zu­stel­len gibt es unzäh­li­ge Ver­fah­ren, davon sind die meis­ten noch in der Ent­wick­lung. Hier­zu­lan­de wird zumeist die Elek­tro­ly­se (H2O wird mit Strom auf­ge­spal­ten) ver­wen­det, zur Gewin­nung aus Bio­mas­se die ther­mi­sche Ver­ga­sung. Der größ­te Elek­tro­ly­seur (6 MW) steht übri­gens in Linz bei der voestalpine.

 

Ein wei­te­res Ver­fah­ren ist die Pyro­ly­se, wor­un­ter man grob gesagt die ther­mo-che­mi­sche Spal­tung orga­ni­scher Ver­bin­dun­gen ver­steht. Die Mon­tan­uni­ver­si­tät Leo­ben z.B. ist in die­sem Bereich bei der Ent­wick­lung neu­er Tech­no­lo­gien engagiert.

Spei­cher­qua­li­tät

Grü­ner Was­ser­stoff wer­de künf­tig wohl eine zen­tra­le Rol­le als Lang­zeit-Ener­gie­spei­cher (Power-to-Gas-to-Power) spie­len. Die Ziel­set­zun­gen des Erneu­er­ba­ren-Aus­bau-Geset­zes (EAG) – beschlos­sen 2021 – besa­gen laut Ener­gie­agen­tur näm­lich, dass Öster­reichs Strom­ver­brauch im Jahr 2030 natio­nal-bilan­zi­ell zu 100 Pro­zent mit Strom aus hei­mi­schen erneu­er­ba­ren Ener­gie­trä­gern gedeckt wer­den soll, was einen Aus­bau von 27 TWh bedeutet.

Der­zeit gebe es im Som­mer eine Über­pro­duk­ti­on an erneu­er­ba­rem Strom. Im Win­ter dage­gen kön­ne der Ver­brauch nicht gedeckt wer­den. Gemäß den Ener­gie­agen­tur-Exper­ten müss­ten daher bis 2030 rund 11 TWh Strom vom Som­mer in den Win­ter ver­la­gert wer­den, „damit Öster­reich tat­säch­lich auf 100 Pro­zent Öko­strom kommt und nicht nur bilan­zi­ell übers Jahr gerechnet“.

Hier kommt dann der grü­ne Was­ser­stoff als Ener­gie­spei­cher ins Spiel. Wird Strom im Som­mer durch Elek­tro­ly­se oder durch Elek­tro­ly­se plus Metha­ni­sie­rung Was­ser­stoff gewon­nen, könn­te er als sai­so­na­ler Strom­spei­cher die­nen, der im Win­ter abge­ru­fen wird. Für eine TWh im Win­ter brau­che man dazu im Som­mer bei der Elek­tro­ly­se aber 2,6 TWh Strom, bei der Elek­tro­ly­se plus Metha­ni­sie­rung sei­en es sogar 3 TWh, rech­net Pau­ritsch vor. Es sei das näm­lich das Wesen von Was­ser­stoff, „dass zur Pro­duk­ti­on mehr Ener­gie gebraucht wird, als nach­her raus­be­kommt“. Die Fra­ge ist daher, ob die­se Über­ka­pa­zi­tät an grü­nem Strom im Som­mer vor­han­den ist. Daher gebe es gera­de bei der Elek­tro­ly­se und den Brenn­stoff­zel­len gro­ße Anstren­gun­gen in For­schung und Ent­wick­lung, um die Wir­kungs­gra­de zu erhö­hen und die Umwand­lungs­ver­lus­te zu reduzieren.

Voest braucht grü­nen Wasserstoff

Auch bei der voest­al­pi­ne setzt man laut Vor­stands-Chef Her­bert Eiben­stei­ner auf Was­ser­stoff, um den Betrieb sau­ber zu bekom­men. Bis 2050 könn­te dem­nach sogar eine CO2-neu­tra­le Pro­duk­ti­on mög­lich sein. Eiben­stei­ner erwar­tet sich aber von der Poli­tik deut­lich schnel­le­re und kla­re­re Maßnahmen.

Bis 2030 wird Was­ser­stoff in Euro­pas Ener­gie­ver­sor­gung eine rele­van­te Rol­le spie­len, ist er über­zeugt. Was Öster­reichs Stra­te­gie dazu betrifft, ist er hin­ge­gen zurück­hal­tend: „Ich weiß nicht genau, was da drin steht”, ver­merkt er. Aber rele­vant sei letzt­lich ohne­hin, was kon­kret getan wird: „In Wirk­lich­keit muss man in Umset­zun­gen den­ken”, also wie tat­säch­lich die Ener­gie­trä­ger zu den Betrie­ben kom­men sol­len und nicht, was theo­re­tisch mög­lich wäre.

Hin­weis

APA-Sci­ence hat sich bereits im Okto­ber 2020 in einem umfang­rei­chen The­men­pa­ket mit dem „Super­star Was­ser­stoff?“ beschäf­tigt. Über eine von Lin­zer For­schern ent­wi­ckel­te Metho­de, mit der man Was­ser mit Licht in Sauer­stoff und Was­ser­stoff auf­spal­ten kann, lesen Sie außer­dem im Arti­kel „Mit Licht „grü­nen” Was­ser­stoff erzeu­gen”.

Stichwörter