Wasserstoff als Lösung für die Energiewende?

Experte Prof. Dr. Enno Wagner setzt sich in einem Statement mit den
Chancen und Grenzen neuer Zukunftstechnologien auseinander und fordert
mehr Realismus: "Den Umbau unseres Energiesystems für eine
umweltfreundliche Wirtschaftsweise gibt es nicht zum Nulltarif"

Wasserstoff wird gegenwärtig – nicht nur im Bundestagswahlkampf – eine
Schlüsselrolle für die Energiewende zugeschrieben. Das vom Weltklimarat
IPCC ausgegebene Ziel, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu
begrenzen, kann nur erreicht werden, indem die weltweiten
Kohlendioxidemissionen bis zum Jahr 2030 halbiert werden und bis
spätestens 2050 eine globale CO2-Neutralität erreicht ist.
Ist Wasserstoff als Alternative zu fossilen Energieträgern das Element der
Zukunft?

Prof. Dr. Enno Wagner, Professor für Mechatronische Konstruktion und
Technische Mechanik an der Frankfurt University of Applied Sciences
(Frankfurt UAS), erklärt in seinem Statement die Chancen und Grenzen der
Wasserstoff-Technologie. Er fordert mehr Realismus: „Das Umdenken für eine
nachhaltige Energiewende wird sehr viel einschneidender sein, als sich das
heute manche politischen und wirtschaftlichen Entscheider schönreden. Wir
stehen vor der größten technologischen Herausforderung seit Beginn der
Industrialisierung. Es geht um nicht weniger als den vollständigen Umbau
der gesamten weltumspannenden Industriemaschinerie.“

Als eine Lösung wird grüner, also klimaneutral erzeugter Wasserstoff
lanciert, der als neuer und nachhaltiger Energieträger in
unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden kann. In einem
Zukunftsszenario soll in sonnenreichen Gegenden, etwa in Saudi-Arabien
oder Chile, mit riesigen Solarkraftwerken zunächst günstiger Strom erzeugt
werden, aus dem mittels Elektrolyse (durch Spaltung von reinstem Wasser)
Wasserstoff produziert wird. Dieser kann in Tankschiffen nach Europa
transportiert werden, wo er als nachhaltiger Brennstoff in der Industrie,
im Verkehr oder in Wohngebäuden eingesetzt wird. Denn mittels
Brennstoffzellen kann man aus Wasserstoff wieder elektrischen Strom
erzeugen. „Für den Aufbau dieser Technologie sind allerdings immense
Investitionen erforderlich“, so Wagner. „Und es kommen Fragen auf: Sind
die hierfür erforderlichen riesigen Geldmittel auch rentabel eingesetzt?
Ist die gesamte Wasserstoff-Technologie überhaupt sinnvoll? Und wie steht
es um ihre Effizienz?“

Zunächst muss einmal klargestellt werden, dass Wasserstoff keine primäre
Lösung sein kann, da dieser auf der Erde nicht frei verfügbar ist, sondern
immer erst aufwendig hergestellt werden muss.
„Unsere eigentliche nachhaltige Energiequelle ist die Sonne. In Form von
hochwertiger Solarstrahlung trifft jede einzelne Stunde eine Energiemenge
auf die Erde, die dem Jahresbedarf der gesamten Menschheit entspricht“,
erklärt der Wissenschaftler. „Die erste Aufgabe muss also die
großtechnische Erschließung der Solarenergie im globalen Maßstab sein.
Hocheffiziente Solarzellen, solarthermische Kraftwerke, aber auch die
Solarchemie (zur direkten Wasserstofferzeugung aus Sonnenlicht) gilt es
technisch zu entwickeln. Im zweiten Schritt erfolgt die direkte Nutzung
des Solarstroms über Stromnetze, die hierzu massiv ausgebaut werden
müssen. Erst im dritten Schritt erfolgt dann die Energiespeicherung, weil
diese immer verlustbehaftet ist.“

Für die kurzfristige Speicherung zum Beispiel über Nacht oder für die
leichte Elektromobilität sind Lithium-Ionen-Akkus heute die erste Wahl.
Sie speichern mit einem Wirkungsgrad von rund 90 Prozent und sind daher
äußerst effizient. „Nachteilig ist, dass der Strom hier an spezielle
Metalle wie Lithium, Cobalt und seltene Erden gebunden wird, deren
Gewinnung oft in ärmeren Ländern unter schlechten Bedingungen erfolgt, und
dass hierbei auch maßgeblich CO2 freigesetzt wird“, gibt Wagner zu
bedenken. „Für die Speicherung über längere Distanzen sind sie daher
ökologisch nicht verantwortbar.“

Ab einer Speicherkapazität von rund 50 Kilowattstunden ist es ökologisch
vorteilhafter, Wasserstoff und Brennstoffzellen einzusetzen, obwohl die
Energiewandlung hierbei mit höheren Verlusten einhergeht. Dafür können mit
verhältnismäßig kleinen Elektrolysegeräten sehr große Gasmengen erzeugt
werden. „Die saisonale Energiespeicherung für dunkle und kalte
Wintermonate ergibt also praktisch nur mit Wasserstoff wirklich Sinn. Auch
LKW, Lokomotiven und Schiffe, die lange Strecken zurücklegen, werden in
Zukunft vermutlich Wasserstoff tanken und Brennstoffzellen für die
Stromerzeugung an Bord haben. Synthetische Treibstoffe haben eine noch
viel schlechtere Energiebilanz als Wasserstoff, so dass sie vermutlich
eher in Nischen, zum Beispiel für den Flugverkehr, zum Einsatz kommen“,
prognostiziert der Wissenschaftler.

Wagner warnt vor falschen und zu hohen Erwartungen. „Den Umbau unseres
Energiesystems für eine nachhaltige und umweltfreundliche Wirtschaftsweise
gibt es nicht zum Nulltarif. So wird beispielsweise der Industrie
suggeriert, dass der grüne Wasserstoff künftig nur 1 bis 2 Euro pro
Kilogramm kosten wird, womit er vergleichbar mit Erdgas wäre. Regional in
Deutschland erzeugter grüner Wasserstoff kostet aber momentan eher 6 bis 8
Euro pro Kilogramm. Großtechnische Erzeugungsanlagen in Wüstengegenden
versprechen zwar einen sehr viel niedrigeren Preis – sie bergen aber ein
erhebliches Risiko. Bilden sich durch den Klimawandel plötzlich Tiefdruck-
und Regengebiete über den ehemaligen Wüstenregionen, könnte das die
Wirtschaftlichkeit schnell zunichtemachen. Es wird also kaum möglich sein,
dass wir die technischen Strukturen und Berechnungsmodelle der fossilen
Industriewirtschaft einfach übernehmen und auf erneuerbare Energien
ummünzen.“

Es existieren heute gewaltige Geldmengen in den Händen weniger
Superreicher, die nur investieren, wenn das eingesetzte Geld nach
zweieinhalb Jahren zurückgespielt ist. Augenblicklich stehen aber
Investitionen an, die erst nach zehn und mehr Jahren einen ROI (Return of
Invest) haben. Es ist leicht vorstellbar, dass mit fossilem Öl, das jetzt
praktisch umsonst aus dem Boden sprudelt, sehr viel schneller Geld zu
verdienen ist, als wenn man den Treibstoff erst mühsam selbst herstellen
muss.

Wagner fordert daher ein Umdenken auch beim Thema Investitionen. „Wenn die
Energiewende gelingen soll, müssen wir die prallgefüllten Geldkonten aus
dem fossilen Industriezeitalter sinnvoll re-investieren: in Bildung,
Forschung und Entwicklung, Start-Ups, Kultur und eine neue flexible und
nachhaltige Infrastruktur, die Raum und Gestaltungsmöglichkeiten für
qualitatives Wachstum gibt. Auf diese Weise werden künftig die
unterschiedlichen Energiesysteme über smarte Netzwerke zusammenspielen:
Solarzellen, Batterien, Brennstoffzellen und Geräte, die wir uns heute
noch gar nicht vorstellen können. Nur so werden wir das nächste
Wirtschaftswunder erleben – in einem neuen intelligenten Solarzeitalter.“

Zur Person:
Prof. Dr. Enno Wagner lehrt seit 2019 als Professor für Mechatronische
Konstruktion und Technische Mechanik an der Frankfurt UAS hauptsächlich
das technische Zeichnen und die Konstruktionslehre. Sein Anliegen ist es
u.a., die Mechatronik (Schnittmenge aus Mechanik, Elektronik und
Informatik) um die Fächer Thermodynamik und Elektrochemie zu erweitern,
woraus die „Thermotronik“ wird, eine Ausbildung, der in Bezug auf die
Energiewende große Bedeutung zukommt. Wagner baut derzeit ein Wasserstoff-
und Brennstoffzellenlabor an der Hochschule auf. Aktuelles Projekt ist die
Entwicklung eines smarten Wasserstoff-Tankgeräts für Privathaushalte.
In der Grundlagenforschung konzentriert er sich auf die Entwicklung
hocheffizienter Brennstoffzellen. Ein weiterer fachübergreifender
Forschungsschwerpunkt dreht sich um die Syntropie-Kennzahl, mit deren
Hilfe die Güte von nachhaltigen Energiesystemen oder Systemstrukturen
bestimmt werden kann.