Ökonomics: Der Stoff, aus dem die Träume sind

ESG-Brief I Ausgabe 03/2020: Der Stoff, aus dem die Träume sind

von Dr. Michael Braun
Geschäftsführer der BayernInvest

Liebe Leserinnen und Leser,

so viel parteiübergreifender Jubel ist selten: SPD-Umweltministerin Svenja Schulze spricht von dem zentralen Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität“. CDU-Wirtschaftsminister Peter Altmaier hat bereits eine „nationale Strategie“ erarbeiten lassen, mit der sich Deutschland jetzt die globale Vorreiterrolle“ für diese Technologie sichern soll. Und FDP-Chef Christian Lindner, ansonsten eher um kritischen Abstand zu den Großkoalitionären bemüht, twittert enthusiastisch, daraus ließe sich „das neue Öl“ machen. Sauber und rückstandsfrei.

Es ist ein vergleichsweise einfacher Stoff, aus dem die Träume sind. Im Periodensystem der Elemente steht er ganz oben links: Ordnungszahl 1, Symbol H. Sein Kern besteht aus nur einem Proton, umkreist von einem Elektron, und er kommt in beinahe jeder organischen Verbindung vor. Er ist der wahre Tausendsassa im Universum, das häufigste Element von allen und nahezu unbegrenzt verfügbar. 14-mal leichter noch als Luft und bei Temperaturen unterhalb von 20,27 Kelvin (minus 253 Grad Celsius) einfach zu verflüssigen: „Hydrogenium“, besser bekannt unter seinem Namen Wasserstoff.

Das farblose Gas ist geschmacks- und geruchsneutral – und jetzt womöglich auch noch der Energielieferant der Zukunft. Denn es besitzt einen sehr entscheidenden Vorteil gegenüber konventionellen Kraftstoffen wie Kohle und Öl: Bei seiner Verbrennung entstehen weder giftige Stick- noch Kohlendioxide. Was am Ende aus dem Auspuff kommt, ist nicht mehr als heiße Luft. Kein Wunder also, dass Wasserstoff in Zeiten der drohenden Klimakatastrophe seine große Konjunktur erlebt:

  • In Wuppertal haben die Stadtwerke jüngst zehn Brennstoffzellen-Busse bestellt, die auf Basis von Wasserstoff künftig 700 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen sollen.
  • Im Elbe-Weser-Dreieck zwischen Bremerhaven und Buxtehude sind die ersten Wasserstoffzüge der Welt bereits seit Ende 2018 in Betrieb und haben sich nach 100.000 Fahrzeugkilometern mittlerweile gut bewährt.
  • Und auch im großindustriellen Maßstab steht das Gas jetzt verstärkt auf dem Prüfstand. So will etwa die Salzgitter AG ihren Flachstahl ab dem vierten Quartal 2020 mit eigens produziertem Wasserstoff herstellen.

„Wir sind stolz darauf, Vorreiter der industriellen Nutzung von Wasserstoff in der Stahlindustrie zu sein“, sagt Salzgitter-Vorstandschef Heinz Jörg Fuhrmann. „Jetzt ist die Politik am Zug, die richtigen Rahmenbedingungen für die Transformation hin zu einer CO2-armen Industrie zu setzen.“

Fuhrmanns Projekt (Investitionsvolumen: 50 Millionen Euro) firmiert unter dem Namen „Windwasserstoff Salzgitter“. Denn der Energielieferant soll dort unter Verwendung von Windkraft produziert werden. Das ist sehr entscheidend für die Ökobilanz. Denn so inflationär Wasserstoff auch vorhanden ist und so rückstandsfrei er in seiner praktischen Anwendung auch eingesetzt werden kann, in reiner Form gibt es ihn auf der Erde so gut wie nirgends. Man muss ihn herstellen – mittels Elektrolyse, so, wie wir es im Chemieunterricht früher einmal gelernt haben. Erst wenn Strom durch Wasser fließt, spaltet sich das Nass in seine Bestandteile auf: in Sauerstoff, der problemlos in die Atmosphäre entweicht, und in eben jenen Wasserstoff, der sich als Energieträger nutzen lässt.

Von „grauem (gemeint: dreckigem) Wasserstoff“ spricht die Farbenlehre der Wissenschaft, wenn dabei Strom aus fossilen Quellen zur Anwendung kommt und die Emissionen ungehindert in die Atmosphäre gelangen. „Blau“ nennt man seine Herstellung, wenn die CO2-Rückstände die Umwelt nicht weiter belasten, sondern durch „Carbon Capture and Storage“-Verfahren (CCS) gespeichert werden. Aber richtig „grün“ wird der Wasserstoff erst dann, wenn wir ihn schadstofffrei mithilfe von Ökostrom erzeugen – also mit Wind-, Wasser- oder Sonnenenergie.

Davon bräuchte es in Zukunft allerdings eine ganze Menge mehr. Allein, um den weltweit in der Industrie derzeit eingesetzten grauen Wasserstoff auf Grün umzustellen, bilanziert eine aktuelle Studie der Boston Consulting Group (BCG), bräuchte es circa 3.500 Terawattstunden erneuerbaren Strom – ungefähr so viel, wie die gesamte Europäische Union im Jahr erzeugt.

An einen in naher Zukunft flächendeckenden Einsatz von grünem Wasserstoff, zum Beispiel auch im Individualverkehr, glauben die BCG-Experten deshalb nicht. „Aufgrund ihrer höheren Energieeffizienz und der bereits vorhandenen Infrastruktur“, schreiben sie in ihrer Studie, „haben Elektroautos Kostenvorteile, die Brennstoffzellen-Fahrzeuge so schnell nicht erreichen werden.“

Ohnehin sind Wasserstoffautos auf Deutschlands Straßen noch wahre Exoten. Nur rund 400 gibt es derzeit davon. Zwar haben fast alle deutschen Hersteller jahrelang mit der Brennstoffzelle experimentiert – Audi hat für 2021 jetzt sogar ein fertiges Serienmodell angekündigt (auch, um eine Alternative zum derzeit favorisierten Batterieantrieb in der Hinterhand zu haben) –, aber am Markt erhältlich sind bisher hierzulande nur zwei Autotypen: der Toyota Mirai aus Japan und der Hyundai Nexo aus Südkorea. Mit Reichweiten von 500 bis 750 Kilometern und auftankbar in nur wenigen Minuten.

Vorausgesetzt, es findet sich eine Tankstelle. Nur an 87 Stationen bundesweit lässt sich das Gas derzeit auffüllen. Für eine flächendeckende Versorgung wären laut ADAC-Berechnungen etwa 1.000 Zapfsäulen notwendig. Was zu der Frage führt, wofür die von Bundeswirtschaftsminister Altmaier jetzt in Aussicht gestellten Fördergelder von zwei Milliarden Euro denn nun ausgegeben werden sollen. Ausschließlich für die Produktion von grünem Wasserstoff oder auch von blauem? Priorisiert für Anwendungen in der Industrie oder auch für Maßnahmen jenseits davon? Zur Förderung der Produktion von fossilfreiem Stahl, zum Aufbau eines lückenlosen Tankstellennetzes oder vielleicht auch zur weiteren Erforschung von etwas ganz Neuem?

Die wohl ambitionierteste Lösung auf dem Weg zu einer sauberen Wasserstoff-Gesellschaft steckt derzeit noch im Labor. Vorbild ist Mutter Natur, die den Energielieferanten schon seit Jahrmillionen auf eleganteste Weise herstellt. Ohne Zufuhr von Strom, völlig geräuschlos und höchst effizient. Jedes grüne Blatt beherrscht die Kunst, Regen mit bloßem Sonnenlicht in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Fotosynthese heißt der geniale Trick der Natur, den Forscher jetzt nachahmen wollen – zum Beispiel am Helmholtz-Zentrum im schleswig-holsteinischen Geesthacht.

Dort arbeiten Wissenschaftler unter Werkstoffprofessor Thomas Klassen daran, eine Art künstliches grünes Blatt zu erschaffen, das ähnlich perfekt funktioniert. „Wir stellen foto-elektro-chemisch aktive Oberflächen her, die wir mit künstlichen Sonnen anstrahlen“, sagt er. An der Halbleiteroberfläche werden dadurch Ladungsträger erzeugt, die in einem mehrstufigen Prozess dazu führen, dass am Ende Wasserstoff entsteht.

Klingt nicht ganz einfach und ist es auch nicht. Zwar übertrifft der im Labor erzielte Wirkungsgrad der Energieumwandlung teilweise schon die Leistung eines natürlichen Blattes, aber leider nicht sehr lange. Während sich die Blätter in der Natur ständig erneuern, korrodieren die künstlichen Oberflächen und verlieren schnell an Effizienz. Bis Wasserstoff auf diese Art und Weise in größeren Anlagen produziert werden kann, schätzt Klassen, werden wohl noch zehn Jahre vergehen.

Dennoch: Die Vision der Forscher in ihrem Sonnenstudio von Geesthacht – mit größeren Wasserstofffarmen in südlichen Ländern, in denen der Rohstoff dereinst produziert und dann per Brennstoffzellen-Lkw in unsere Breiten geliefert werden könnte –, klingt zu verlockend, um nicht ein bisschen davon zu träumen. Quasi von einem Perpetuum mobile der Energieerzeugung – einmal in Gang gesetzt, auf ewig in Bewegung und so ökologisch arbeitend wie Mutter Natur.

Drücken wir den Forschern deshalb einfach mal die Daumen.

Ihr