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Das nachfolgende Interview ist die Langfassung eines Interviews, das am 15. Dezember 2003 in "Energie & Mangement" veröffentlicht wurde.

Bringt Wasserstoff auf den Markt!

Vieles spricht dafür, dass das 21. Jahrhundert das Jahrhundert der Wasserstoffenergiewirtschaft sein wird.
E&M sprach mit Prof. Carl-Jochen Winter, dem Vizepräsidenten der International Association for Hydrogen Energy (IAHE)

1. Welche bemerkenswerten Schritte auf dem Weg zur Wasserstoff- Energiewirtschaft waren im letzten Jahr zu verzeichnen?

Wir unterscheiden politische und industrielle Schritte: Gewiss war die State-of-the-Union-Message des Präsidenten der Vereinigten Staaten vom Januar 2003 einer der bemerkenswerten Schritte, in der er ankündigte, für die nächsten 5 Jahre Wasserstoff und Brennstoffzellen USD 1,2 Milliarden zuweisen zu wollen; zusammen mit den schon zugewiesenen USD 0,5 Milliarden sind es in der Summe USD 1,7 Milliarden! Als Folge kommt es in diesen Tagen zu Kooperationsabsprachen zwischen den USA und der EU. — Industriell ist die Identifikation von Linde mit Wasserstoff hervorzuheben, wie soeben auf dem Wasserstofftag am 01. Oktober in München geschehen; desgleichen die ersten Auslieferungen der 30 Brennstoffzellenbusse an Europäische Großstädte im Rahmen des CUTE – Clean Urban Transport in Europe – Projektes samt den zugehörigen Investitionen von Wasserstofftankstellen; des weiteren die Vereinbarung zwischen MTU und RWE zur gemeinsamen Vermarktung der Schmelzkarbonatbrennstoffzelle für industrielle Anwendungen. — Ein Wasserstoff-Schaufenster ist die Clean Energy Partnership in Berlin, deren Investitionen weitgehend getätigt sind..

2. In welchen Ländern passiert am meisten für die Markteinführung von Wasserstoff als Energieträger? Wo rangiert international gesehen Deutschland?

Deutschland hatte in den vergangenen Jahren unzweifelhaft die Nase vorn; das ändert sich zurzeit: Sehr zu aller Kummer hat sich unser Land aus der Führung verabschiedet und ist im Begriff, sie an Japan und die USA zu verlieren, nicht zu vergessen Frankreich, das bisher abseits stand, aber jetzt die Leinen angezogen hat, wie auf der soeben zu Ende gegangenen Europäischen Wasserstoffkonferenz in Grenoble eindrucksvoll demonstriert! — Hierzulande ist es nicht so, dass die Forschungs- und Entwicklungslinien gekappt wären, dafür sorgt das bemerkenswerte Engagement von Ländern wie Bayern, Nordrhein-Westfalen, Baden-Württemberg, Hamburg u.a., aber die Harmonisierung zwischen Bund, Industrie und Forschung holpert: Die klassische Triade einer jeden großen Innovation Politik, Wirtschaft, Forschung und Entwicklung muss wieder Arm in Arm vorangehen, sonst wird die Sache nichts.

3. In welchem Entwicklungsstadium ist Wasserstoff als Energieträger? Hat er das Forschungs- und Entwicklungsstadium wirklich schon hinter sich gelassen?

Wasserstoff geht auf die Arbeiten von Antoine Lavoisier und Henri Cavendish aus dem späten 18. Jahrhundert zurück, sowie eine Generation später auf William Grove, der 1839 seine erste Brennstoffzellenveröffentlichung schrieb. Die Wasserstoffwirtschaft ist nichts Neues, sie ist wohl etabliert und bedient lukrative Märkte. Was bevorsteht, ist der Übergang in die Wasserstoffenergiewirtschaft, denn nach wie vor nutzt nur eine industrielle Branche den Wasserstoff energetisch, die Raumfahrt. Sie ist zwar technologisch in vielen Feldern mustergebend, aber energiewirtschaftlich viel zu klein. Bisher werden 50 Millionen Tonnen Wasserstoff jährlich weltweit gehandelt; in der Welt-Wasserstoffenergiewirtschaft wird allein Deutschland gut die 10-fache Menge brauchen! Was in der Wasserstoffwirtschaft gelernt wurde, in der Wasserstoffchemie, der Methanol- oder Ammoniaksynthese, in den Raffinerien, der Technischen Gase Industrie u.a. ist abrufbar. Was hinzukommen muss, ist Wissen über Wasserstoff und seine Energiewandler in portablen Elektroniken, stationär in BHKWs und als Heizkesselersatz, schließlich mobil an Bord von Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen. Vieles an F&E ist in der Demonstration und steht vor dem Marktauftritt, Vieles steckt noch in den Labors. Gleichwohl: Die Zeit für den Unternehmer ist da! Wann je wäre mit dem Marktauftritt gewartet worden, bis aber auch das letzte Fitzel F&E-Ergebnis erzielt worden wäre?! Beispielhaft: Der Dieselmotor ist mehr als hundert Jahre alt, und noch immer wartet er mit Innovationen auf. Auch Alltagserfahrungen sind unverzichtbare Entwicklungserfahrungen!

4. Sind die Unternehmen wirklich schon am Zug? Wo lohnt es sich heute schon in Wasserstoff als Energie zu investieren?

Klar sichtbar ist die Reihenfolge der Marktauftritte: Die Ersten werden die portablen Elektroniken sein, weil sie die höheren Kosten marktlich unterbringen, die camcorder, die Fernsehkameras, die Straßenschilderbefeuerung u.a.m.; die Zweiten werden noch in diesem Jahrzehnt als industrielle Brennstoffzellen in den Markt kommen. Selbstverständlich müssen sie sich von dem bevorstehenden Re-Investionskuchen von 40.000 MWe ein Stück abschneiden! – Schließlich, der dritte Bereich wird der Transport sein, hier vielleicht ist die Preisschärfe am größten. Hier vor allem steht die weltweite Entscheidung auf einen Kraftstoff an – Wasserstoff, unabhängig davon, dass derzeit mit vielen Kohlenwasserstoffen an Bord experimentiert wird. – Die exergetisch besonders fragwürdigen elektrischen Bordgeneratoren und die APUs – Auxiliary Power Units in den Flugzeugen sollten vorangehen. Und die flächendeckenden Wasserstoffkorridore mit verflüssigtem oder gasförmigem Tankstellenwasserstoff sind aufzubauen. Eines will ich besonders hervorkehren: Das Rennen zwischen der mobilen Brennstoffzelle und dem Verbrennungsmotor im Antriebsstrang ist für den Thermodynamiker hochspannend, aber es ist nicht entschieden. Es muss auch nicht entschieden werden, der Markt wird's richten. Beide haben Entwicklungspotential, beider Umwelt- und Klimaökologie nähern sich einander an, aber die Brennstoffzelle muss ihre Kosten noch um eine Größenordnung „herunterforschen”, um mit dem Verbrennungsmotor gleichzuziehen, der mit einigen 10 €/kW marktgängig ist. Interessant ein Vergleich mit dem anderen – klassischen – Sekundärenergieträger, Strom: Als um die Jahrhundertwende vom 19. zum 20 Jahrhundert Strom aufkam, wurde hierzulande die AEG – Allgemeine Electricitäts-Gesellschaft gegründet, in den USA die GE – General Electric; jetzt, mit der bevorstehenden Wasserstoffenergiewirtschaft, entstand in den USA bereits die GH – General Hydrogen; wer gründet in Deutschland die AWG – Allgemeine Wasserstoff-Gesellschaft?

5. Waren auf den Gebieten der Produktion und Speicherung von Wasserstoff in den letzten zwei Jahren, also seit dem Ende der Hochphase der Brennstoffzelleneuphorie, Fortschritte zu verzeichnen?

Vorab: Euphorien schaden Innovationen unsäglich, aber sie scheinen uns Menschen eigen. — Zur Sache: Ja, 700 bar - Compositetanks befinden sich in der Zertifizierung. Sie werden dem Automobil die übliche Reichweite von 500 km geben. Der LH2-Tank wartet inzwischen mit einer Abdampfrate von < 1 %/d auf, bei Innendrücken von wenigen bar. Zwar ist für die Verflüssigung 1 kWh/3 kWh aufzuwenden, das aber durch den wesentlich energiedichteren Transport und Vertrieb von LH2 (über)kompensiert wird. Die Erdgaswirtschaft hat sich unter dem Akronym 'NaturalHy' zusammengetan, um den Transport von Wasserstoff huckepack auf Erdgasleitungen zu studieren und vorzubereiten. Nanostrukturen als Speicher stecken nach wie vor tief im Labor. Ähnliches gilt für Hydrid-Hybridspeicher von HD-Wasserstoff mit höchster Energiedichte in Hydridspeichern. Die klimaökologisch verantwortbare Wasserstoffproduktion aus fossiler Energie verlangt die Sequestrierung von CO2 oder die Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff. Das eine geschieht weltweit viel zu wenig, das andere wartet auf bezahlbare Energiewandler erneuerbarer Energie. Hier herrschen Defizite! Eines bedarf der Erläuterung nicht: Erneuerbarer Wasserstoff ("Drive by Sun and Water", wie BMW formulierte) ist das Wunschziel der Wasserstoffenergiewirtschaft, nicht ihre Voraussetzung!

6. Wirkt die Brennstoffzelle wirklich noch als Antrieb für die Wasserstoffwirtschaft, nachdem alle Brennstoffzellenhersteller erklärt haben, dass sie mittelfristig ganz gut mit Erdgas als "Brennstoff" leben können?

Portablen Brennstoffzellen werden wegen der höheren Energiedichte bis auf weiteres wohl Methanolkartuschen aufgeschaltet werden; das ist ökologisch vertretbar, weil die Methanol- Tonnage beschränkt bleibt. — Stationäre Brennstoffzellen lehnen sich zu Beginn an das flächendeckende Erdgasnetz an, werden so wegen der Disloziertheit der potentiell Millionen CO2-Emittenten jedoch nie klimaökologisch vertretbar werden, hierfür brauchen sie Wasserstoff; Ähnliches gilt für mobile Brennstoffzellen. Bei allen land-, luft- oder seegestützten Vehikeln kommt hinzu, dass jeder Brennstoff außer Wasserstoff den Bordreformer verlangt, dessen Dynamik zwischen -40 bis +50°C Außentemperatur noch nicht letztlich verstanden ist; außerdem bringt er Volumen und Gewicht an Bord, die beschleunigt, verzögert, beschleunigt, verzögert, ... werden müssen. Brennstoffumwege führen letztlich alle doch zu Wasserstoff, aber sie kosten Zeit, Geld und Ingenieurkapazität. Warum also nicht gleich in die Wasserstoffenergiewirtschaft?!

7. Was kann der Staat für Wasserstoff als Energieträger tun?

Wir sagten es schon: Kein Stein aus der Triade Staat, Wirtschaft, Wissenschaft darf herausgebrochen werden, das gilt im besonderen für den Aufbau der Wasserstoffenergiewirtschaft! Ein ganzes Bündel wartet auf den weisen Staat: Zum einen ist für das Land mit einem Energieimportanteil von drei Vierteln kluge Außenwirtschaftspolitik lebensnotwendig. Wird es denn wirklich so bleiben müssen, dass das Energieimportland die Energierohstoffe importiert und die Schadstoffe gleich mit? Wird es nicht wirtschaftlicher werden, die Energieexportländer sequestrieren vor Ort, und es wird nur mehr sauberer Wasserstoff gehandelt?! Oder: Unter den Insolationsbedingungen Mitteleuropas wird sich Deutschland nie mit großen Mengen heimischen solaren Wasserstoffs versorgen können, es wird ihn vielmehr importieren müssen aus Weltgegenden, deren Potential zwar unbestritten, die aber im Energieexport unerfahren sind. Was aber das Allerwichtigste ist: Die politische Klasse muss gegenüber Gesellschaft und Wirtschaft die beständige positiv-kritische Haltung einnehmen, die für weltweite Investitionen in Höhe von Trillionen (1012) unerlässlich ist. Und dies über Jahrzehnte, denn die Ergänzung, später in Teilen Ablösung der mehr als zweihundert Jahre alten Kohlenwasserstoffenergiewirtschaft durch die Wasserstoffenergiewirtschaft lässt sich wahrlich nicht übers Knie brechen. Geld aus – nicht gerade reichlich gefüllter – Öffentlicher Hand ist hilfreich, als Impuls manchmal unerlässlich, aber nicht entscheidend. Investitionen sind Sache der Unternehmer.

8. Tut er in Deutschland genug?

Es deutet sich ein Fadenriss an, manche sagen, er sei schon eingetreten: Er muss wieder zusammengeknüpft werden zu einer reißfesten Leine, entlang derer sich alle Akteure in die richtige Richtung orientieren. Was Wasserstoff braucht, ist der wohlmeinend-kritische staatliche Anwalt in Bund und/oder EU, bei dem sich Industrie und Forschung gut aufgehoben fühlen. Machen wir uns nichts vor: Wasserstoff ist nicht schlicht ein weiterer Energieträger im ansonsten unverändert gelassenen Energiemix, vielmehr verändert er ihn von Grund auf. Wasserstoff lässt klassische Energie(rohstoffversorgungs)politik hinter sich und macht Technologiepolitik zu Energiepolitik. Wasserstoff ist technikgeführt. Weiter: Wasserstoff und Brennstoffzellen exergetisieren das Energiesystem, machen mehr technische Arbeitsfähigkeit aus Energie und helfen so, den Bedarf an Importenergie zu reduzieren. Wasserstoff und Brennstoffzellen dezentralisieren, sie lassen im Nutzerbereich virtuelle Kraftwerksscheiben entstehen, deren Kapazität theoretisch bis in die installierte Leistung von ca. 100.000 MWe hineinwachsen könnte. Alles dies hat eminente Auswirkungen auf das nationale wie internationale Energiesystem: Politische Aufgaben ersten Ranges! Weiter: Der politische Anspruch der energetischen Nachhaltigkeit ohne Wasserstoff ist irrational - wir werden das schmerzlich lernen müssen, sowie die Kioto-Forderungen über die allerersten Anfänge etwa der 8%-Minderung in Europa hinausgehen! Wieder beispielhaft: Hätte es den Abbruch der CO2-intensiven DDR-Industrie nicht gegeben, wo stünden wir heute mit der wohlgemeinten Forderung der Bundesregierung, per 2005 25 (30)% der nationalen CO2-Emissionen von 1990 einzusparen?!

9. Was könnte der Antrieb sein, aus fossilen Energieträgern Wasserstoff zu produzieren und sie nicht mehr zu verbrennen?

Weitaus überwiegend sind es derzeit die fossilen Energien (Erdgas, Naphta, Kohle, ...), aus denen Wasserstoff hergestellt wird, in aller Regel ohne Sequestrierung und für die Atmosphäre schadlose Endlagerung von mitproduziertem Kohlendioxid. Hier müssen zwei Änderungen ansetzen, die sich sukzessive dem Endziel der umwelt- und klimaökologisch sauberen Wasserstoffenergiewirtschaft annähern: Erneuerbarer Wasserstoff und Wasserstoff aus entcarbonisierten fossilen Energien. Mit dem Eintritt in die Wasserstoffenergiewirtschaft wird es zunächst weiter Wasserstoff aus – jetzt entcarbonisierter – fossiler Energie sein, weil die Energiewandler erneuerbarer Energie (Solar-, Wind-, Wasserkraftwerke, Biomasseanlagen) noch ihre Zeit brauchen werden, um bezahlbar zu werden. Dann auch muss erst noch entschieden werden, ob der erneuerbare Strom nicht besser als solcher genutzt wird, ehe er in Wasserstoff umgewandelt wird. Zwei kraftvolle "Antriebe" für Wasserstoff aus Kohle sind: Ihre Verfügbarkeit ist weltweit über Jahrhunderte unzweifelhaft, ihre "OPECisierung" ist höchst unwahrscheinlich, weil es keinen Kontinent gibt, auf dem sie nicht in großen Mengen geschürft wird. Und der zweite Antrieb: Das CO2-freie Kohlekraftwerk geht nur über Wasserstoff mit Mineralisierung des Kohlendioxids. Wasserstoff aus Kohle erlaubt ihr die Beteiligung am boomenden Gasemarkt. Wasserstoff aus Kohle verschafft ihr den Wiederzutritt zu den beiden Bereichen Transport und Hausenergie, aus denen sie sich mit dem Aufkommen von Öl und Gas zurückzog. - Schade, es wurde versäumt, die soeben vom Bund der deutschen Kohlewirtschaft bis 2012 zugewiesenen 17 Milliarden EURO zumindest in Teilen der Entwicklung des CO2-freien Kraftwerks und der Herstellung von Wasserstoff aus Kohle zu widmen! Deutschland sollte sich wieder an seine ureigenen Tugenden erinnern: Nicht durch Unsummen von Steuern und Subventionen zu steuern, sondern durch zielweisende Innovationen — hier in die ohnedies unabweisbare Wasserstoffenergiewirtschaft!

10. Welche Rolle kann der Klimaschutz für die Wasserstoff-Energiewirtschaft spielen?

Die 2½ Jahrhunderte Industrialisierung der Welt ließen die atmosphärische CO2-Konzentration von 280 auf 370 (2003) ppm ansteigen, der Trend ist ungebrochen. Die Korrelation von CO2-Konzentration und atmosphärischer Mitteltemperatur wird immer weniger bestritten, der Argwohn schwindet. Wir sagten es: Energetische Nachhaltigkeit ist ohne Wasserstoff irrational; Nachhaltigkeit schließt die klimaökologische Verantwortbarkeit ein. Erneuerbarer Wasserstoff ist auf der gesamten Länge seiner Wertschöpfungskette umwelt- und klimaökologisch sauber. Vergleichbares gilt für Wasserstoff aus fossiler Energie, unter der Bedingung der Entcarbonisierung, Sequestrierung und für die Atmosphäre schadlosen Endlagerung von CO2. Wasserstoff macht im Nutzerbereich am Ende der Wertschöpfungskette die dezentrale Energienutzung sauber; Ähnliches gilt für die vorgelagerten Kettenglieder Speicherung und Transport von Wasserstoff. Klimaschutz muss sich also auf den Anfang der Wertschöpfungskette konzentrieren, dort, wo Wasserstoff produziert wird und mitproduzierte Schad- oder Reststoffe umwelt- und klimaökologische Relevanz haben. Wir haben gelernt, dass in den letzten 120 Jahren mit dem Übergang von Kohle über Öl auf Erdgas die energiebezogene Tonnage Kohlenstoff bereits um 35 % sank; dieser Trend wird sich mit der Wasserstoffenergiewirtschaft weiter fortsetzen. Folgerichtig steigt das atomare Wasserstoff/Kohlenstoffverhältnis von Kohle zu Öl zu Erdgas zu Wasserstoff steil an, von < 1 : 2 : 4 : ∞, und da Kohlenstoff und Wasserstoff die Atomgewichte 12 und 1 haben, wird Energie entmaterialisiert – ein weiteres Element der Nachhaltigkeit!

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