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.
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:
- 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.
- 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.
- 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?
