Wasserstoff für eine treibhausgasarme Gesellschaft

Gastautor Portrait

Dr.-Ing. Claus Beckmann

Leiter Energie, Klima und Umweltpolitik, BASF SE

Claus Beckmann, Jahrgang 1959, Studium der Umwelttechnik an der Technischen Universität Berlin. 1990 vollendete Herr Beckmann seine Promotion zum Thema „artefizielle Bildung von 1-Nitropyren bei der Partikelsammlung aus Dieselabgas“. Seit 1991 bei der BASF SE in Ludwigshafen beschäftigt. Bis 2007 im Bereich Umweltschutz in verschiedenen Positionen tätig, danach im Bereich Government Relations zunächst in Brüssel für Umwelt- und Energiepolitik zuständig, aktuell Leiter der Einheit Energie, Klima und Umweltpolitik.

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10. Februar 2020

Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff für BASF und die chemische Industrie. Mehr als 95% des Wasserstoffs in Europa werden heute auf Basis fossiler Rohstoffe unter hohem CO2-Ausstoß erzeugt.

Wasserstoff könnte sich als neuer Energie-Vektor entwickeln: Breite Einsatzmöglichkeiten in allen Sektoren, Lager- und Transportfähigkeit und verschiedene Optionen zur CO2-freien Herstellung sprechen dafür. Es ist ein Schlüsselmolekül für neu zu entwickelnde Industrieprozesse (z.B. Reduktionsmittel in der Stahlindustrie; zur Aktivierung von CO2 für die Herstellung von Chemieprodukten oder synthetischen Kraftstoffen).

Wasserstoff kann grundsätzlich aufgrund seiner hohen Energiedichte ein attraktives Speichermaterial für elektrische Energie werden. Voraussetzungen dafür sind wettbewerbsfähige Speicherung und Transport sowie insbesondere Herstellung des Wasserstoffs mit geringem CO2-Footprint. Zur Entwicklung einer wirtschaftlichen Wasserstoffherstellung ohne Treibhausgasemissionen sind aber noch erhebliche Forschungsanstrengungen erforderlich.

Wasserelektrolyse als Schlüsseltechnologie?

Die Wasserelektrolyse ist eine geeignete Schlüsseltechnologie zur Erzeugung von Wasserstoff und damit zur Speicherung und Nutzbarmachung fluktuierender erneuerbarer Energien. Der so erzeugte „grüne“ Wasserstoff (Power-to-H2) hat einen zu vernachlässigenden CO2-Fußabdruck.

Quelle: The Future Cost of Electricity Based Synthetic Fuels, Conclusions Drawn, by Agora Verkehrswende and Agora Energiewende, Mai 2018

Die Wasserelektrolyse wirtschaftlicher zu machen ist technologisch herausfordernd und bedarf großer Forschungsanstrengungen über einen längeren Zeitraum. Neue Technologien wie z.B. die SOEC (solide oxide electrochmical cell) Elektrolyse befinden sich noch in einem frühen Markteinführungsstadium.

Alternative Erzeugungsverfahren?

Die Elektrolyse von Wasser benötigt allerdings eine große Menge Strom, da Wasser eine sehr niedrige Energiedichte hat und somit viel Energie zur Auftrennung in H2 und O2 benötigt wird.

BASF arbeitet daher an einem alternativen Verfahren zur treibhausgasarmen Wasserstoff-Erzeugung durch strombasierte Pyrolyse von Methan. Der erwartete spezifische Energieverbrauch (Strom) der Methanpyrolyse liegt – thermodynamisch bedingt – bei nur ca. 20% des Wertes für die Wasserelektrolyse. Somit ist der Verbrauch an begrenzt verfügbarem erneuerbaren Strom erheblich geringer. Die Methanpyrolyse verspricht, im Vergleich zur Wasserelektrolyse eine kostengünstigere Alternative zu werden und ist dazu CO2-frei, da der verbleibende Kohlenstoff als nutzbarer Feststoff anfällt.

Ein eigenes Wasserstoffnetz?

Eine eigene Wasserstoff-Infrastruktur (Ausbau bestehender Netze bzw. Umwidmung der bestehenden Gas-Infrastruktur) ermöglicht eine breite Nutzung in Brennstoffzellen sowie die Verwendung beispielsweise in der Chemie- oder Stahlindustrie.

Die Einspeisung von Wasserstoff ins Gasnetz ist dagegen eine Lösung mit begrenztem Potenzial und sicherheitstechnischen Risiken: Für die Industrie würde dies mit erheblichen Mehrkosten und Risiken bei der stofflichen Gasnutzung einhergehen. Auch ökonomisch ist eine Einspeisung nicht sinnvoll, da der Wert von Wasserstoff höher ist als der Wert von Erdgas.

Die Verwendung von Wasserstoff bzw. von Energieträgern aus CO2-frei hergestelltem Wasserstoff wie Synfuels, Methanol oder Ammoniak sind perspektivisch auch mit dem Blick auf Umwandlungsverluste und Verfügbarkeit jeweils sorgfältig gegen andere Alternativen wie z.B. eine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom abzuwägen (vgl. Abbildung).

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  1. Ihan

    vor 4 Monaten

    Methanprolyse klingt spannend.
    Aber ist Methab CH4 nicht auf ein fossiles Gas? Wo kommt der Methan her und was wird mit dem erzeugten Kohlenstoff (Ruß) gemacht?

  2. Dr. Jerzy Polaczek

    vor 2 Wochen

    Haben Sie auch das energiesparsamen Verfahren zur Methanpyrolyse zum Wasserstoff und Carbonblack in kaltem Plasma in Gleitbogen von Prof. Albin Czernichowski in Betracht gezogen?

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