{"id":11949,"date":"2024-03-26T17:14:10","date_gmt":"2024-03-26T16:14:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.yokogawa.com\/eu\/blog\/chemical-pharma\/?p=11949"},"modified":"2025-03-13T09:56:16","modified_gmt":"2025-03-13T08:56:16","slug":"wasserstoff-energietraeger-der-zukunft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.yokogawa.com\/eu\/blog\/chemical-pharma\/de\/wasserstoff-energietraeger-der-zukunft\/","title":{"rendered":"\u201eWasserstoff: Energietr\u00e4ger der Zukunft?\u201c"},"content":{"rendered":"\n

Deutschland ist auf die Produktion von G\u00fctern spezialisiert. Die drei gr\u00f6\u00dften Branchen in Deutschland sind der Fahrzeugbau, der Maschinenbau und die Chemie. Bei allen drei Branchen sind die Herstellprozesse \u00fcberwiegend vom Einsatz von Erdgas und \u00d6l abh\u00e4ngig \u2013 entweder direkt durch Einsatz von Gas oder \u00d6l im Prozess oder indirekt durch Nutzung von elektrischem Strom.
Wir suchen also eine alternative Energiequelle zu Gas und \u00d6l bzw. einen geeigneten Speicher, und das ist nicht so einfach.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: 3dgenerator<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Energiealternativen in der Industrie<\/strong>
Nachhaltige Energiealternativen zu fossilen Brennstoffen \u2013 eine komplexe Herausforderung.<\/h2>\n\n\n\n
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Wenn wir von \u00d6l und Gas wegwollen: Welche Energietr\u00e4ger stehen dann noch zur Verf\u00fcgung?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bekannte Energietr\u00e4ger wie Diesel, Benzin, Propan, Methan fallen schon einmal weg (Bio-Methan wollen wir hier einmal ausklammern). Ein<\/em> Grundstoff, der als Energietr\u00e4ger sonst noch reichlich anf\u00e4llt – und \u00f6kologisch gewonnen werden kann, d.h. nicht aus der Roh\u00f6l-Schiene kommt \u2013 ist: Wasserstoff<\/strong><\/a>.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Moment: Im Raum steht ja die Frage, warum nicht gleich alles mit elektrischem<\/em> Strom betrieben werden soll?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Tja, viele Produktionsanlagen sind nun mal auf die Verwendung von Erdgas oder Erd\u00f6l-Produkte ausgelegt. Diese alle zu elektrifizieren, ist nicht nur ein erheblicher finanzieller Aufwand. Die Umr\u00fcstung kann auch einige Zeit in Anspruch nehmen.<\/p>\n\n\n\n

Stromspeicherung: Das ungel\u00f6ste Problem<\/strong>
Ohne ad\u00e4quate Energiespeicher kann der aus erneuerbaren Energien gewonnene Strom die Industrie nicht zuverl\u00e4ssig versorgen.<\/h2>\n\n\n\n

Aber technisch w\u00e4r\u2019s m\u00f6glich?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es ist fraglich, ob die entsprechenden technischen L\u00f6sungen schon vorhanden sind. Wenn wir \u00fcber die industrielle Nutzung von elektrischem Strom reden, m\u00fcssen wir in vielen F\u00e4llen auch \u00fcber Ausfall-Sicherheiten reden: Elektrischer Strom muss in irgendeiner Form zwischengelagert werden, um dann zur Verf\u00fcgung zu stehen, wenn er gebraucht wird. Das ist genau die \u201eKrux\u201c, mit der wir es bei der Stromerzeugung aus Wind und bei Photovoltaik-Anlagen immer wieder zu tun haben. Also: Grunds\u00e4tzlich kann der ben\u00f6tigte Strom aus Wind und Solar erzeugt werden, doch industrielle Anlagen brauchen rund um die Uhr zuverl\u00e4ssig Energie. Es muss also geeignete Zwischenspeicher geben.<\/p>\n\n\n\n

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Was kommt da in Frage?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Da w\u00e4ren: Die Batterien. Die Energiedichte von Batterien liegt derzeit irgendwo zwischen 0,1 und 0,2 kWh\/kg. Zum Vergleich: Roh\u00f6l hat eine Energiedichte von ca. 11,6 kWh\/kg \u2013 grob das 50-fache! Die von Wasserstoff liegt bei 33,3 kWh\/kg, also grob das 150-fache ! Und ist somit um ein Vielfaches \u2013 oder genauer: ein Dreifaches \u2013 besser. Dann ist da noch die Energiedichte von Ammoniak: mit 5,4 kWh\/kg zwar nur halb so gut wie die von Roh\u00f6l, aber daf\u00fcr kann das Ammoniak den Wasserstoff \u201egr\u00fcn\u201c speichern \u2013 denn sein Herstellungsprozess kann komplett emissionsfrei gestaltet werden, wenn der ben\u00f6tigte Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird.<\/p>\n\n\n\n

Wasserstoff<\/a> als Tr\u00e4germedium ist alternativlos f\u00fcr hohe Energieanforderungen, doch Sicherheitsaspekte erfordern besondere Aufmerksamkeit.<\/h2>\n\n\n\n

Wir k\u00f6nnen schon mal festhalten: Momentan ist Wasserstoff sozusagen das \u201eGelbe vom Ei\u201c. Denn um unsere Prozesse am Laufen halten zu k\u00f6nnen, brauchen wir ein Gas-f\u00f6rmiges Medium mit \u00e4hnlich guter oder besserer Energiedichte als Erdgas oder \u00d6l \u2013 und da kommt nur ein Wasserstoff-Tr\u00e4ger in Frage.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: vecstock<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Wasserstoff: Unverzichtbar trotz Herausforderungen<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Ok, wir kommen also nicht um Wasserstoff herum. Dann reden wir jetzt mal \u00fcber die Herstellung von Wasserstoff. Wie soll das denn in so riesigen Mengen funktionieren? Und ist das Handling nicht viel gef\u00e4hrlicher als das von Erdgas oder \u00d6l?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

In der Tat, prinzipiell ist die Handhabung von Wasserstoff viel gef\u00e4hrlicher. Roh\u00f6l, Diesel oder Benzin lassen sich leicht und fast gefahrlos transportieren und sind \u201enur\u201c brennbar. Wasserstoff hingegen l\u00e4sst sich nur mit gr\u00f6\u00dfter Sorgfalt transportieren. Aus der Schule kennen wir alle noch den \u201eKnallgas-Versuch\u201c, der verdeutlicht, wie gef\u00e4hrlich Wasserstoff sein kann. Aber wir kennen eine Menge Prozesse aus der Chemie, die ebenfalls nicht ungef\u00e4hrlich sind, z.B. die Herstellung von D\u00fcngemittel (Sprengstoff) oder Wasserstoff-Peroxid , das in hohen Konzentrationen als Raketentreibstoff genutzt wird. Diese Prozesse haben wir auch unter Kontrolle, und es passiert sehr wenig. Das ist immer eine Frage der Sorgfalt und der geplanten Sicherheit der Prozesse.<\/p>\n\n\n\n

Wie funktioniert denn nun die Herstellung von Wasserstoff?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Einige erinnern sich sicherlich noch an den Klassiker aus dem Chemie-Unterricht: das Knallgas-Experiment<\/a>. Mit Wasser, zwei Elektroden und einer Stromquelle wird die Elektrolyse eingeleitet, bei der das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wurde. Der Sauerstoff bildet Blasen an der einen Elektrode und der Wasserstoff an der anderen. Wenn man jetzt ein brennendes Streichholz in die N\u00e4he der Wasserstoffblasen bringt (nur unter sicheren Bedingungen durchzuf\u00fchren!), reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff in der Luft und es kommt zu einer kleinen Explosion mit einem lauten Knall. Daher der Name \u201eKnallgas\u201c.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: prometeus<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Dieses Experiment zeigt nicht nur, wie Wasserstoff hergestellt wird, sondern auch, dass er Energie freisetzt, wenn er verbrennt \u2013 und genau das macht ihn als Energiequelle so interessant. <\/p>\n\n\n\n

So einfach wie im Chemie-Unterricht klappt die Herstellung von Wasserstoff f\u00fcr die Industrie nat\u00fcrlich nicht \u2013 wobei: Die Grundz\u00fcge sind die gleichen, lediglich die Anlagen sind gr\u00f6\u00dfer, komplexer, und die Produktion ist wirtschaftlicher. Je gr\u00f6\u00dfer die Anlagen sind, desto g\u00fcnstiger ist in der Regel auch die Herstellung.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: thomaseder<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Erzeugung von Wasserstoff \u2013 vorzugsweise \u201egr\u00fcnem\u201c Wasserstoff \u2013 gelingt aber technisch gesehen genauso, durch Elektrolyse. Hierbei wird dann im gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab und mittels \u201egr\u00fcnem\u201c Strom \u2013 also Strom, der durch Windkraft oder Photovoltaik erzeugt wird \u2013 aus handels\u00fcblichem Wasser der Wasserstoff und der Sauerstoff voneinander getrennt und einzeln abgef\u00fchrt. Der gewonnene Wasserstoff wird entweder in Gas- oder Fl\u00fcssigform gespeichert oder durch Kompressoren bzw. Verdichterstationen direkt in ein Wasserstoff-Netzwerk eingespeist. Der Sauerstoff wird vorzugsweise gesammelt und als technisches Gas genutzt.<\/p>\n\n\n\n

Alternativen zu Wasserstoff<\/strong>
Neben Wasserstoff existieren andere Tr\u00e4ger wie gr\u00fcner Ammoniak oder Methanol \u2013mit eigenen Vor- und Nachteilen.<\/h2>\n\n\n\n
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Gibt es denn zu reinem Wasserstoff keine Alternativen, die ungef\u00e4hrlicher sind?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es gibt Stoffe, in denen der gr\u00fcne Wasserstoff ungef\u00e4hrlicher ist, z.B. in Form von gr\u00fcnem Ammoniak. Ammoniak erhalten wir, wenn wir Wasserstoff und Stickstoff zusammenbringen. Oder wir nehmen Methanol, daf\u00fcr brauchen wir neben Wasserstoff noch CO2. Methanol kann aufgrund des niedrigen Siedepunktes einfacher in fl\u00fcssiger Form transportiert und verwertet werden als Wasserstoff. Im Vergleich zum extrem entz\u00fcndbaren Wasserstoff ist die ben\u00f6tigte Mindestz\u00fcndenergie von Methanol auch deutlich h\u00f6her. Doch Methanol ist ein giftiger Treibstoff, der bei unsachgem\u00e4\u00dfer Handhabung ernsthafte gesundheitliche Gefahren mit sich bringen kann.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: freeprod<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Dann gibt es noch die sogenannten eFuels: Darunter fallen alle Arten von Kraftstoffen, die mit Hilfe von erneuerbaren Energien synthetisch hergestellt werden. Gr\u00fcner Wasserstoff wird mit CO2 aus der Luft zu einem Kohlenwasserstoff und damit zum Grundbaustein von fl\u00fcssigen Kraftstoffen synthetisiert. Doch eFuels sind in der Herstellung sehr energieintensiv und damit auch teuer, und die Gesamteffizienz muss man zu Recht in Frage stellen.<\/p>\n\n\n\n

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Worin unterscheiden sich denn die Speicherung in Gas- oder in Fl\u00fcssigform?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Wasserstoff ist bei 700 bar fl\u00fcssig, Ammoniak bei 8 bar, Methanol ist bei Raumtemperatur fl\u00fcssig und kann auch fl\u00fcssig gelagert und transportiert werden. In fl\u00fcssigen Zustand ist der Transport bezogen auf das Volumen am effizientesten. Die sichere Lagerung und Transport sind bei wasserstoffhaltigen Energietr\u00e4gern die entscheidenden Kriterien f\u00fcr die gro\u00dftechnische Anwendung.<\/p>\n\n\n\n

Dann reden wir \u00fcber Lagerung und Transport \u2026<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Foto: scharfsinn86<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Eigentlich k\u00f6nnen Wasserstoff, Ammoniak, Methanol oder auch eFuels per Pipeline, Schiff, Lkw transportiert und in Tanks zwischengelagert werden. Der Aufwand, sei es der energetische oder physische, ist das, was im Einzelfall bewertet werden muss.  Wie schon erw\u00e4hnt, ist reiner Wasserstoff bei einem Druck von 700 bar fl\u00fcssig. Das sind also enorme Dr\u00fccke, die einen erheblichen technischen und energetischen Einsatz erfordern. Die Lagerung und Verfl\u00fcssigung von Ammoniak ist dagegen schon erheblich einfacher, auch das Gefahrenpotenzial von Ammoniak ist dann erheblich kleiner. Methanol ist zwar noch einmal um ein Vielfaches leichter zu lagern und zu bef\u00f6rdern, daf\u00fcr aber sehr giftig. Das ist dann auch der Grund, weshalb momentan der Ammoniak oft in den Fokus r\u00fcckt: Es speichert Wasserstoff, ist leicht zu lagern und zu transportieren und bei Verwendung als \u201eTreibstoff\u201c entsteht etwas Ungef\u00e4hrliches.
<\/p>\n\n\n\n

K\u00fcrzere Wege f\u00fcr eine gr\u00fcnere Zukunft<\/strong>
Die Optimierung von Transportwegen spielt eine wesentliche Rolle f\u00fcr eine bessere CO2-Bilanz<\/h2>\n\n\n\n
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W\u00e4re es aber nicht sinnvoll, auch den Transport zu begrenzen? K\u00fcrzere Transportwege sind doch besser f\u00fcr die CO2-Bilanz, oder nicht?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ja, das stimmt, zumindest, wenn wir die Supply-Chain isoliert und nicht den gesamten Produktionsprozess betrachten. Prinzipiell gilt aber schon, je k\u00fcrzer die Transportwege f\u00fcr die Edukte, also f\u00fcr die Ausgangsstoffe inkl. Energiebereitstellung, desto geringer auch der CO2-Footprint<\/a> des Produktes.<\/p>\n\n\n\n

Aber es gibt ja auch immer die M\u00f6glichkeit, zwischen zentraler, dezentraler oder hybrider Energieversorgung zu w\u00e4hlen. Zentral w\u00e4re dann eher das Prinzip, das wir bislang hatten: \u00fcber\u2019s Land verteilte Gro\u00dfkraftwerke mit teils sehr langen Versorgungsleitungen (und Energieverlusten) oder Pipeline-Netze. Dezentral w\u00e4ren kleine Insell\u00f6sungen mit kurzer Anbindung und ausgelegt auf die Bedarfe der Endnutzer. Und \u201ehybrid\u201c ist eine Mischung aus beiden Systemen. Bislang gab es mehr oder weniger nur das zentrale System, bei dem in Koordination mit unseren europ\u00e4ischen Nachbarn der generelle Strombedarf koordiniert wurde. Wenn wir aber die zahlreichen PV-Anlagen betrachten, hat der Wandel ganz offensichtlich begonnen. Viele Energie-Nutzer werden derzeit auch zu Lieferanten, industrielle Gro\u00dfkunden fangen an, ihren eigenen Energiemix zu gestalten. Als Beispiel hierf\u00fcr sei die BASF<\/a> genannt, die einen Windpark in der Nordsee<\/a> errichten l\u00e4sst und bald gr\u00fcnen Strom in die Stromnetze einspeist, um dann in Ludwigshafen oder Antwerpen ihren eigenen gr\u00fcnen Strom zu nutzen. Es kommen t\u00e4glich neue Einspeisestellen hinzu. Das Gleiche passiert auch in der \u201eWasserstoff-Welt\u201c: Die gewonnene Energie muss zwingend gepuffert \u2013 also gespeichert \u2013  werden, denn, energetisch betrachtet,  von der \u201eHand in den Mund zu leben\u201c funktioniert in Deutschland nicht.<\/p>\n\n\n\n

Wenn wir so viele neue Energie-Lieferanten oder Einspeiser zu erwarten haben: Muss das denn nicht mit den europ\u00e4ischen Nachbarn abgestimmt werden?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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Foto: twinsterphoto<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Ja klar, und die Komplexit\u00e4t wird dann erheblich zunehmen. Wenn wir dann noch verantwortungsbewusst mit der Energieherstellung umgehen und nur so viel bereitstellen wollen, wie auch tats\u00e4chlich verbraucht wird, wird das nochmal komplexer. Wir brauchen deshalb eine \u201evorhersehende\u201c Energieerzeugung bzw. -bereitstellung. Es gibt Systeme, die das k\u00f6nnen, und Firmen, die hiermit schon Erfahrung gesammelt haben. Es geht im besten Fall um ein System f\u00fcr alles, das im Hintergrund alles regelt.<\/p>\n\n\n\n

Letzte Frage: Welche Rolle spielt die Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff als Energietr\u00e4ger der Zukunft?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Sicherheitsbedenken sind bei der Handhabung von Wasserstoff nicht zu untersch\u00e4tzen, doch dank fortschrittlicher Technologien und strenger Sicherheitsvorkehrungen bzw. Handhabungsrichtlinien kann Wasserstoff<\/a> sicher produziert, transportiert und genutzt werden. Dies macht ihn trotz der Herausforderungen zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Energiewende.<\/p>\n\n\n\n

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Pascal Gaillot arbeitet f\u00fcr Yokogawa und ist Director Chemical Industry Europe. <\/strong>Pascal war rund 15 Jahre bei international bekannten EPC- und Anlagenbau-Unternehmen als Verkaufsleiter und Angebotsmanager f\u00fcr chemische Prozessanlagen t\u00e4tig. Von 2018 bis April 2023 arbeitete er als Strategic Account Manager f\u00fcr Global Major Accounts bei einer international t\u00e4tigen Pr\u00fcfgesellschaft. Dort absolvierte er unter anderem erfolgreich seine Ausbildung zum SIRI-Assessor sowie zus\u00e4tzlich eine Ausbildung zum CO2<\/sub>-Auditor. Im Mai 2023 wechselte Pascal zu unserem Regional Headquarter in Amersfoort, Niederlande und ist dort f\u00fcr die Gesch\u00e4ftsentwicklung f\u00fcr unser Segment \u201eMaterials\u201c in Europa zust\u00e4ndig.
pascal.gaillot@yokogawa.com<\/a>
+49 173 817 0157<\/figcaption><\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Alle reden nur noch von Wasserstoff \u2013 Pascal Gaillot erkl\u00e4rt, warum. <\/p>\n

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