Wie wird Wasserstoff hergestellt?

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Symbolbild-Wasserstoff
Quelle: malp - stock.adobe.com

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. Neben der Wasserelektrolyse, für die überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden kann, gehören thermische Verfahren wie die Dampfreformierung von Erdgas oder Biomethan und die Pyrolyse von Kohle oder Biomasse zu den gängigen Standardprozessen. Die photolytischen Verfahren befinden sich noch weitestgehend in der Grundlagenforschung. Das geht aus dem Standardwerk „Energiespeicher“ von Professor Michael Sterner von der OTH Regensburg und Ingo Stadler vom IET der Fachhochschule Köln hervor.

In Deutschland werden derzeit rund 20 Mrd. m³ Wasserstoff gewonnen, weltweit sind es ca. 500 Mrd. m³ bzw. ca. 50 Mio. Tonnen. Das entspricht etwa zwei Prozent des Weltprimärenergiebedarfs.

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Herstellungskosten

Die konventionelle Herstellung erfolgt mit rund 48 Prozent überwiegend aus der Reformierung von Erdgas, da sie mit Herstellungskosten von einem Euro je Kilogramm konkurrenzlos günstig ist. Es folgen die Herstellung aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit 30 Prozent und aus Kohle mit 18 Prozent. Auf die Wasserelektrolyse entfallen nur rund vier Prozent, was sich durch die höheren Kosten erklärt. Wasserstoff aus erneuerbaren Energien hat beispielsweise derzeit eine Preisspanne von sechs bis zehn Euro je Kilogramm.

Verfahren der Wasserelektrolyse

Für die Wasserelektrolyse stehen heute drei Verfahren zur Verfügung, die technisch von Bedeutung sind:

  1. Alkalische Elektrolyse (AEL): Die Alkalische Elektrolyse ist seit vielen Jahren großtechnisch erprobt und kommerziell verfügbar. Bisher realisierte Anlagen entstanden aufgrund der kontinuierlich benötigten Leistung meist in der Nähe zu Großkraftwerken. Ein Beispiel ist das größte drucklose Elektrolysekraftwerke der Welt am Assuan-Staudamm in Ägypten mit 156 MW Nennleistung und einer Wasserstoffproduktionskapazität von 33.0000 m³ je Stunde. Für die Anwendung fluktuierender erneuerbaren Energien besteht jedoch noch Optimierungsbedarf.                                                                                                           
  2. Membran-Elektrolyse (Proton Exchance Membrane, PEMEL): Die Membran-Elektrolyse hat ihren Ursprung in der Brennstoffzellentechnik und basiert auf den inversen Vorgängen in einer Brennstoffzelle. Sie eignet sich besser als die Alkalische Elektrolyse für den dynamischen Betrieb, auch unter Druck, wurde aber bisher nur in kleineren Anlagen erprobt. Die weltweit erste kommerzielle PEM-Elektrolyse-Anlage mit einer Kapazität von 10 MW entsteht gerade bei der Rheinland Raffinerie in Wesseling, die bis zu sechs Megawatt (MW) Strom aufnehmen kann. Hydrogenics plant jedoch einen noch größeren PEM-Elektrolyseur mit 20 MW Leistung in Kanada.                                                                                                          
  3. Hochtemperatur-Elektrolyse (HTES): Bei der HTES-Elektrolyse wird ein Teil der Spaltungsenergie, die zur Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff nötig ist, durch Hochtemperaturwärme bei etwa 850 bis 1.000°C bereitgestellt. So kann die Zellspannung im Vergleich zur PEM- und alkalischen Elektrolyse um mehr als 0,5 V auf unter 1 V gesenkt und hohe strombezogene Wirkungsgrade erreicht werden. Die Funktion der Hochtemperatur-Elektrolyse basiert auf den Umkehrredaktionen der Festoxidbrennstoffzelle (Solid Oxide Electrolysis, SOEL).

Lesen Sie mehr dazu:

Wasserelektrolyse: Welche Technologie wird sich bei der Herstellung von Wasserstoff durchsetzen?

2 KOMMENTARE

  1. 2015 gab es meines Wissens 4,4 TWh Erneuerbare, die abgeregelt wurden. (Agentur für erneuerbare Energien: Die Energiewende auf die Straße bringen)

    Laut einer Behauptung der Wasserstoffwirtschaft hätte man damit 88.000t H2 herstellen können und 900.000 H2-Autos damit 1 Jahr lang betreiben können (ebenda).

    Soweit ich weiß, waren es 2017 5,5 TWh, die abgeregelt wurden. Es gibt bereits bei der DW Berichte, dass manche Windmüller angefangen haben, H2 zu produzieren und ins Erdgasnetz einzuspeisen! Ich kann mir nicht vorstellen, dass H2 aus Überschussstrom so teuer sein soll, wie allgemein für Strom aus Elektrolyse behauptet wird!

  2. Mal abgesehen davon, dass die Abregelung von EE-Stromerzeugern nicht “gottgegeben”, sondern ein Ergebnis der heutigen falschen Strommarkt- und Stromnetzpolitik ist, ist es widersinnig, diese Energiemenge in “grünen Wasserstoff” umzurechnen. Denn das würde bedeuten, dass an jedem größeren EE-Stromerzeuger auch Hydrolyseure ständen, genügend reinstes Wasser /Kalilauge bereitgestellt ist und für die Lagerung /Abtransport des H2 vorgesorgt ist.
    Das ist eine Utopie!
    Die Leute werden falsch informiert, denn “grüner Wasserstoff” (je kg H2 55kWh el. Energie + 8l Wasser) ist mehrfach teurer als H2 aus Erdgas /fossilen Primärenergien! Solange wir also unsere gesamte Energieversorgung noch nicht nahe 100% auf EE umgestellt haben, ist Wasserstofferzeugung (bis auf Nischen) unsinnig.
    Auch “Grüner Wasserstoff” rechtfertigt keine Energieverschwendung und das ist es, wenn ich mit 1kg H2 im H2-BSZ-Auto gerade 100km fahre, mit den benötigten 55kWh im E-Auto aber >300km …

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