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Energiewende Wasserstoff wird das Öl der Zukunft

Wohin mit überschüssigem Ökostrom? Statt Windräder zu stoppen, kann damit Wasserstoff produziert werden. Er speichert den Strom, heizt Häuser und treibt Autos an. Konzerne von Audi bis RWE investieren massiv. Ist das die Schlüsseltechnologie, mit der die Energiewende gelingen kann?

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Wasserstoff statt Erdöl. Quelle: Carlo Giambarresi für WirtschaftsWoche

An der Spitze des Fortschritts marschieren – das schafften sie bei Deutschlands zweitgrößtem Energiekonzern RWE zuletzt nicht so häufig. Umso mehr strahlt Arndt Neuhaus an diesem Montag im Spätsommer. In der alten Bergbaustadt Ibbenbüren bei Münster kann der 49-Jährige, der das deutsche Vertriebs- und Netzgeschäft beim Energieriesen verantwortet, richtig glänzen: Neuhaus nimmt eine der weltweit modernsten Anlagen in Betrieb, die Wasser mithilfe von Windstrom in Sauer- und Wasserstoff trennt.

Der Vorgang heißt Elektrolyse und ist Generationen von Schülern aus dem Physikunterricht vertraut. Vor allem aber gilt das Verfahren als Schlüsseltechnologie, mit deren Hilfe die deutsche Energiewende gelingen soll, der Übergang in eine Zukunft ohne Kohle, Öl und Gas. Wenn diese fossilen Brennstoffe ihrer Klimaschädlichkeit wegen zum Ende des Jahrhunderts im Boden bleiben sollen, wie es die führenden Industrienationen im Juni auf dem G7-Gipfel auf dem bayrischen Schloss Elmau beschlossen haben, muss ein alternativer Energieträger her.

Das Wichtigste über Wasserstoff und Brennstoffzelle

Nicht nur der RWE-Manager hat dafür vor allem einen Kandidaten im Visier: Wasserstoff. „Das Potenzial der Technik ist riesengroß“, bringt Neuhaus die Erwartungen von Industrie und Forschung auf den Punkt. Denn das reaktionsfreudige Gas lässt sich für fast alle Nutzungsszenarien moderner Industriegesellschaften verwenden.

100 Millionen Euro Entschädigung

Die Elektrolyse könnte ein zentrales Problem der Energiewende lösen: Windräder und Solarpaneele produzieren regional immer öfter mehr Strom, als benötigt wird. Weil Speicher fehlen, schalten die Stromnetzbetreiber die Anlagen ab. Trotzdem bekommen die Betreiber der grünen Kraftwerke für den Ertragsausfall eine Entschädigung. Mehr als 100 Millionen Euro waren es vergangenes Jahr – Geld, das letztlich die Stromkunden zahlen.

Zudem drehen die Preise an der Strombörse immer öfter ins Negative, da sich die Braunkohlekraftwerke bei viel Wind oder Sonne nicht schnell genug drosseln lassen. Wer in diesen Zeiten an der Börse Energie abnimmt, erhält dafür sogar noch Geld. Laut einer Studie der Berliner Denkfabrik Agora Energiewende könnte sich die Zahl der Stunden mit negativen Strompreisen bis 2022 verzehnfachen. In diesem Jahr summierten sie sich schon auf rund 100. Und jedes zusätzliche Windrad verschärft die Situation. Umgekehrt besteht bei Dunkelflauten, also in Zeiten, in denen Wind und Sonne pausieren, akuter Energiemangel – solange Langzeitspeicher fehlen.

Bis 2050 produzieren Windräder und Solaranlagen wachsende Überschüsse (zum Vergrößern bitte anklicken)

Anlagen wie die in Ibbenbüren sollen das Dilemma lösen. Power-to-Gas heißt dieses Konzept. Mit überschüssigem Ökostrom gewonnener Wasserstoff wird in Pipelines, Tanks oder Kavernen gespeichert. Später lässt sich der von Greenpeace wegen der Art seiner Erzeugung „Windgas“ genannte Energieträger nach Belieben nutzen – im Verkehr, in der Industrie oder um Elektrizität und Wärme zu produzieren.

Anders als Batterien können Wasserstoff oder Methan – das sich aus Wasserstoff und CO2 erzeugen lässt – Energie hervorragend über viele Monate speichern. „Wenn wir unseren Energiebedarf überwiegend aus regenerativen Quellen decken wollen, brauchen wir diese Speicher“, sagt Michael Specht vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).

Der Elektrolyseur

Die „Elektrolyseur“ genannte Energiemaschine des britischen Herstellers ITM Power etwa, die in Ibbenbüren zum Einsatz kommt, liefert Wasserstoff, den RWE mit Erdgas vermischt in einem Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme verfeuert. Daneben treibt Wasserstoff Fahrzeuge an, und er lässt er sich – kombiniert mit anderen Substanzen – in wichtige Basischemikalien für die Industrie verwandeln.

Jährlich 30 Milliarden Euro Investitionen

Und so ist der Auftritt von Neuhaus in Ibbenbüren auch so etwas wie eine Kampfansage des ansonsten wegen seiner zögerlichen Strategie in der Energiewende kritisierten Essener Konzerns. Diesmal will der Elektrizitätsriese nicht im Bremserhäuschen sitzen.

Universelle Verwendungszwecke von Wasserstoff

Es winkt ein gigantisches Geschäft. Schließlich müssten anfangs jährlich 30 Milliarden Euro und mehr in neue Wasserstoffinfrastrukturen investiert werden – allein in Deutschland. Das zeigt eine Studie der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg und des Berliner Beratungsunternehmens Energy Brainpool.

Um beim angepeilten Komplettumstieg auf erneuerbare Energien genug Wasserstoff für Strom, Fahrzeuge und Chemie verfügbar zu haben, müssten laut Hochrechnung bis 2050 bundesweit Elektrolysesysteme mit einer Leistung von 268 000 Megawatt installiert werden. Das wäre weit mehr als die heutige Kapazität in Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken von 180 000 Megawatt.

In seiner Dimension wäre der Einstieg ins Wasserstoffzeitalter damit nur mit der Energiewende selbst vergleichbar.

Nicht nur RWE wittert Chancen. Auch andere Unternehmen wollen vorn dabei sein und starten Pilotprojekte. In Bonn stellte der britische Technologiekonzern GKN jüngst einen Wasserstoffspeicher auf Basis von Eisentitan vor. Es hält – bei geringem Druck – große Mengen Wasserstoff auf engstem Raum fest. Solche Speicher könnten etwa den Wasserstoffantrieb für Autos technisch handhabbarer und billiger machen.

So braust Toyota in die Zukunft
Wasserstoffauto Mirai Quelle: dpa
Wasserstoffauto Mirai kommt im Dezember nach Japan Quelle: dpa
Wasserstoffauto Mirai startet im September 2015 in Deutschland Quelle: Toyota
Wie unsere Redaktion berichtete, plant BMW im Rahmen der Kooperation mit Toyota ein eigenes Brennstoffzellenauto. Insider rechnen damit, dass der Wasserstoff-BMW mehr Leistung bringen wird als der Mirai. Einem Bericht des britischen " Autocar"-Magazins zufolge soll das Modell BMW i5 heißen. Quelle: REUTERS
Wasserstoffauto Mirai beruht auf dem Toyota Sedan Quelle: Toyota
Wasserstoffauto Mirai hat 500 Kilometer Reichweite Quelle: Toyota
Wasserstoffauto Mirai stößt nur Wasserdampf aus. Quelle: Toyota

In Mainz sammeln die Stadtwerke, der Gasespezialist Linde, Siemens und die Hochschule RheinMain seit Mitte Juli Erfahrungen mit der weltweit leistungsstärksten Elektrolyseanlage. Das Siemens-Aggregat leistet sechs Megawatt und soll bis zu 200 Tonnen Wasserstoff im Jahr erzeugen. Gemessen am globalen Verbrauch des Gases von aktuell gut 30 Millionen Tonnen, ist das verschwindend wenig – aber ein Anfang.

Jule Verne hat's geahnt

Schon der französische Science-Fiction-Autor Jules Verne träumte davon, Wasserstoff als unerschöpfliche Energiequelle zu nutzen. Wasser werde „die Kohle der Zukunft“, weissagte er 1870 im Buch „Die geheimnisvolle Insel“.

Siemens und der Pharmakonzern Bayer betreiben mit RWE in der Nähe von Köln eine weitere Elektrolyseanlage. Sie erproben dort die Weiterverarbeitung von Wasserstoff zu chemischen Grundprodukten. RWE-Konkurrent E.On mischt ebenfalls mit. Im brandenburgischen Falkenhagen verkauft er grünen Wasserstoff an Privatkunden als Heizenergie.

Problem: Mangelnde Wasserstoffinfrastruktur

Auch die Autoindustrie rüstet sich für die Wasserstoffära. Toyota hat mit dem Mirai das erste Serienauto mit Brennstoffzelle auf den Markt gebracht, das damit ähnlich weit wie ein Benziner fahren kann. Honda will im Frühjahr nachziehen. Mercedes, Ford und Nissan arbeiten ebenfalls an Brennstoffzellenantrieben und planen den Marktstart ihrer Fahrzeuge für 2017.

Das sind mehr als Technikspielereien, meinen Experten des Forschungszentrums Jülich. Eines ihrer Szenarien für 2050 geht davon aus, dass erneuerbare Energien 90 Prozent des deutschen Strommixes abdecken. Um auch bei wenig Wind und Sonne noch einen erklecklichen Beitrag zur Energieversorgung liefern zu können, wäre gut doppelt so viel Kapazität an Windrädern und Solaranlagen erforderlich, wie heutige Kraftwerke zu Spitzenzeiten liefern müssen.

Die wichtigsten Brennstoffzellen-Hersteller und -Systeme

Aufs Jahr gerechnet, würde dieser Windkraft- und Solarpark allerdings gut 50 Prozent mehr Strom erzeugen als benötigt. Der Überschuss reichte, um drei Viertel aller Autos mit Brennstoffzellen zu betreiben statt mit Verbrennungsmotoren. Zugleich würde der Ökokraftstoff jährlich 81 Millionen Tonnen CO2 vermeiden; rund neun Prozent der heutigen Gesamtemissionen Deutschlands. „Wasserstoffantrieb hat das Potenzial zu einem wirtschaftlich soliden Geschäftsmodell“, sagt Detlef Stolten, Leiter des Instituts für Elektrochemische Verfahrenstechnik am Forschungszentrum Jülich.

Noch allerdings fehlt die Wasserstoffinfrastruktur für die Verteilung des Treibstoffs – und ein Investor ist nicht in Sicht. Andreas Borgschulte vom Schweizer Forschungsinstitut Empa will daher den Wasserstoff unter Zugabe von CO2 in Methan verwandeln. Das ist der Hauptbestandteil des klassischen Erdgases – und lässt sich über die bestehenden Leitungen und Lager verteilen.

Noch fünfmal so teuer wie Erdgas

Audi geht diesen Weg. Die VW-Tochter betreibt seit zwei Jahren im emsländischen Werlte einen Elektrolyseur mit angeschlossener CO2-Anreicherung. Das Methan, erzeugt mit dem Strom umliegender Windräder, speist der Autobauer ins Gasnetz ein.

Für die Ingolstädter ist das Experiment vorerst allerdings ein Minusgeschäft. Über die Höhe schweigt sich das Unternehmen aus. Studien zeigen jedoch, dass Methan aus Power-to-Gas-Anlagen derzeit noch vier bis fünf Mal teurer ist als konventionelles Erdgas. Auch weil etwa 40 Prozent des Stroms bei der Methanisierung als Wärme verpuffen.

Umwelt



Zu Hilfe eilen könnte den Wasserstofffreunden aber die EU-Kommission. Sie verlangt, dass bis 2020 zehn Prozent des Energiebedarfs im Verkehr aus regenerativen Quellen stammen müssen. Im Frühjahr hat das Europaparlament beschlossen, dass Wasserstoff und Methan, erzeugt mit Ökostrom, auf diese Quote angerechnet werden dürfen.

Während Deutschland über die politischen Rahmenbedingungen streitet, integrieren die Dänen, die bis 2020 die Hälfte ihres Strombedarfs mit Windenergie decken wollen, den Energieträger Wasserstoff bereits in ihren Alltag. Auf der Ostseeinsel Lolland etwa erzeugen mehrere Dutzend Privathaushalte schon Strom und Wärme mit Brennstoffzellen, die sie mit Windgas speisen.

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