"Flaschenhals" Ökostrom: Warum Wasserstoff kein Wundermittel ist

Der Königsweg heißt nicht Wasserstoff, solange es an Ökostrom für dessen Herstellung mangelt. Grafik: akitada31 auf Pixabay (Public Domain)

Zum Telepolis-Artikel "Masterplan Energiewende" gab es reichlich Anmerkungen und Kommentare. Eine ausführliche Antwort des Autors

Zu meinen letzten beiden Artikeln "Die Riesenaufgabe" und "Masterplan Energiewende" haben sich einige Kommentare angesammelt, deren Verfasser auf die Rolle von Wasserstoff bei der Energiewende eingingen. Wie üblich war es eine bunte Mischung aus richtigen, halbwahren und falschen Anmerkungen. Mein Standpunkt, dass eine große Wasserstoffindustrie in eine Sackgasse führen würde, weil dafür zu viel Strom benötigt wird, soll daher umfassend begründet werden.

Beginnen wir mit den wahren Anmerkungen:

1. Die Sonne liefert unendlich viel mehr Energie als wir brauchen. Das ist richtig. In Deutschland beträgt die durchschnittliche Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter und Jahr etwa eine Megawattstunde (Mwh). Deutschland hat ein Territorium von 357.386 Quadratkilometern, woraus sich eine Sonneneinstrahlung von etwa 357.386 Terawattstunden pro Jahr (TWh/a) ergibt. Benötigt werden derzeit insgesamt etwa 3.600 TWh/a, also etwa ein Prozent der eingestrahlten Energie (natürlich ohne Energiebedarf der Pflanzen zur Fotosynthese). Energie ist also genug vorhanden.

Allerdings benötigen wir nicht Energie schlechthin, sondern Strom und Heizwärme. Dazu müssen wir die regenerative Energie "ernten", umwandeln und teilweise speichern. Und die Anlagen dafür sind teuer und nicht in ausreichendem Maße vorhanden.

2. Wasserstoff ist ein leicht zu erzeugender, umweltfreundlicher Energieträger und Speicher. Auch das ist richtig, wenn man grünen Strom einsetzt. Leider benötigt man dazu aber sehr viel grünen Strom, der zurzeit nicht vorhanden ist. Und ein Elektrolysewirkungsgrad von 66 Prozent, errechnet aus 33 Kilowattstunden (kWh) Energieinhalt pro Kilogramm Wasserstoff und 50 kWh, die zu seiner Erzeugung durch Elektrolyse benötigt werden, bedeutet, dass die benötigte Strommenge schon in diesem ersten Schritt der Speicherung auf die 1,5-fache Menge ansteigt.

3. Man kann den Wasserstoff relativ einfach zu energiereichen Folgeprodukten weiterverarbeiten und so die Probleme mit der Handhabung und Speicherung umgehen. Auch das ist richtig, nur hat jede weitere Umsetzung ebenfalls einen Wirkungsgrad < 1, sodass sich der Gesamtwirkungsgrad weiter verschlechtert - die Wirkungsgrade der Teilschritte multiplizieren sich. Das heißt aber, dass der Elektroenergiebedarf weiter stark steigt, da er im umgekehrten Verhältnis zum Gesamtwirkungsgrad steht.

Frage der Abwägung von Aufwand und Kosten

Wenn wir eine Ablösung der fossilen Brennstoffe beabsichtigen, müssen wir abwägen, was einfacher und billiger ist: Den gesamten Energieverbrauch hocheffizient auf Elektroenergie umstellen und dabei Akkuspeicher mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent verwenden oder teilweise die alten, auf fossilen Brennstoffen beruhenden Technologien weiterzunutzen und die benötigten Brennstoffe mit grünem Strom synthetisch herzustellen, damit das bei der Verbrennung entstehende CO2 recycelt wird. Der Vorteil hierbei ist, dass wir die alten Antriebstechnologien weiter nutzen können, aber um den Preis eines 4-6 mal größeren Elektroenergiebedarfs. Das bedeutet einen zusätzlichen extensiven Zubau bei der regenerativen Stromerzeugung, dazu den Aufbau der entsprechenden Synthesewerke und Anlagen plus die benötigte Logistik zu Transport und Speicherung der Brennstoffe.

Das ist teurer als nur die Umstellung auf Elektroenergie, zumal Autos und andere Verbraucher ja auch nur eine begrenzte Nutzungsdauer haben und dann sowieso ersetzt werden müssen. Dadurch reduzieren sich die Kosten für die Umrüstung der Endverbrauchsgeräte auf die Preisdifferenz zwischen Elektro- und alter Technologie. (Dass wir insgesamt zu viele Autos auf den Straßen haben und ihre Zahl reduzieren müssen, spielt bei dieser Betrachtung keine Rolle) Kommen wir nun zu den vielfach genannten Wasserstoff- und Folgetechnologien im Einzelnen. Da ist als erstes die direkte Speicherung und Nutzung des Wasserstoffs. Beides relativ ineffektiv und problematisch.

Natürlich hat Wasserstoff mit 33 kWh/kg Brennwert eine sehr hohe Energiespeicherdichte. Aber nur auf das Gewicht bezogen. Leider ist Wasserstoff aber ein extrem leichtes Gas. Auf das Volumen des Speichers bezogen resultiert eine geringe Speicherdichte.