Was ist Wasserstoff?

Hier auf der Erde sind Unmengen von Wasserstoffatomen im Wasser, in Pflanzen, Tieren und natürlich im Menschen enthalten. Während er in fast allen Molekülen der Lebewesen vorkommt, ist er als Gas sehr selten – weniger als ein Teil pro Million Volumenprozent.

Wasserstoff kann aus einer Vielzahl von Ressourcen gewonnen werden, z. B. aus Erdgas, Kernkraft, Biogas und erneuerbarer Energie wie Sonne und Wind. Die Herausforderung besteht darin, Wasserstoff als Gas in großem Maßstab für die Versorgung unserer Haushalte und Unternehmen nutzbar zu machen.

Warum ist Wasserstoff als künftige saubere Energiequelle wichtig?

Ein Brennstoff ist eine Chemikalie, die „verbrannt“ werden kann, um nützliche Energie zu liefern. Bei der Verbrennung werden normalerweise die chemischen Bindungen zwischen den Elementen des Brennstoffs aufgebrochen, und die Elemente verbinden sich chemisch mit Sauerstoff (oft aus der Luft).

Seit vielen Jahren verwenden wir Erdgas, um unsere Häuser und Unternehmen zu heizen, und Kraftwerke, um Strom zu erzeugen; derzeit werden 85 % der Haushalte und 40 % der Elektrizität im Vereinigten Königreich mit Gas versorgt. Methan ist der Hauptbestandteil von „Erdgas“ aus Öl- und Gasfeldern.

Wir haben Erdgas weiterhin verwendet, weil es eine leicht verfügbare Ressource, kostengünstig und eine sauberere Alternative zu Kohle ist – dem schmutzigsten fossilen Brennstoff, auf den wir uns in der Vergangenheit zum Heizen und zur Stromerzeugung verlassen haben.

Wenn Erdgas verbrannt wird, liefert es Wärmeenergie. Ein Abfallprodukt neben Wasser ist jedoch Kohlendioxid, das, wenn es in die Atmosphäre gelangt, zum Klimawandel beiträgt. Bei der Verbrennung von Wasserstoff ist das einzige Abfallprodukt Wasserdampf.

Was ist der Unterschied zwischen blauem und grünem Wasserstoff?

Blauer Wasserstoff wird aus nicht-erneuerbaren Energiequellen mit einer von zwei Hauptmethoden hergestellt. Die Methandampfreformierung ist die am weitesten verbreitete Methode zur Herstellung von Wasserstoff in großen Mengen und macht den größten Teil der weltweiten Produktion aus. Bei dieser Methode wird ein Reformer verwendet, der Dampf bei hoher Temperatur und hohem Druck mit Methan und einem Nickelkatalysator zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umsetzt.

Alternativ dazu werden beim autothermen Reformieren Sauerstoff und Kohlendioxid oder Dampf verwendet, um mit Methan zu Wasserstoff zu reagieren. Der Nachteil dieser beiden Methoden ist, dass sie Kohlenstoff als Nebenprodukt erzeugen, so dass Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) unerlässlich sind, um diesen Kohlenstoff abzufangen und zu speichern.

Grüner Wasserstoff wird erzeugt, indem Strom zum Betrieb eines Elektrolyseurs verwendet wird, der den Wasserstoff von Wassermolekülen abspaltet. Bei diesem Verfahren entsteht reiner Wasserstoff ohne schädliche Nebenprodukte. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass diese Methode, da sie mit Elektrizität arbeitet, auch die Möglichkeit bietet, überschüssige Elektrizität – die schwer zu speichern ist (wie überschüssige Windenergie) – für die Elektrolyse zu verwenden, um Wasserstoffgas zu erzeugen, das für den künftigen Energiebedarf gespeichert werden kann.

Wird Wasserstoff bereits als Kraftstoff verwendet?

Ja. Es gibt bereits Autos, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen fahren. In Japan gibt es 96 öffentliche Wasserstofftankstellen, an denen man wie bei Benzin oder Diesel tanken kann, und zwar in der gleichen Zeit wie bei einem herkömmlichen Benzinauto. In Deutschland gibt es 80 solcher Wasserstofftankstellen und die Vereinigten Staaten liegen mit 42 Stationen an dritter Stelle.

Wasserstoff ist auch eine interessante, leichte Kraftstoffoption für den Straßen-, Luft- und Schiffstransport. Das internationale Lieferunternehmen DHL verfügt bereits über eine Flotte von 100 „H2-Kastenwagen“, die 500 km ohne Auftanken zurücklegen können.

Was sind die potenziellen Bremsen, um die Nutzung von Wasserstoff als saubere Energie zu beschleunigen?

Damit Wasserstoff eine brauchbare Alternative zu Methan werden kann, muss er in großem Maßstab und auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden, und die derzeitige Infrastruktur muss angepasst werden.

Die gute Nachricht ist, dass Wasserstoff durch Gaspipelines transportiert werden kann, was Störungen minimiert und die Menge an teurer Infrastruktur reduziert, die für den Bau eines neuen Wasserstofftransportnetzes benötigt wird. Es wäre auch kein Kulturwandel in unserem häuslichen Leben erforderlich, da die Menschen daran gewöhnt sind, Erdgas zum Kochen und Heizen zu verwenden, und Wasserstoff als Äquivalent im Kommen ist.

Was unternimmt National Grid, um Wasserstoff als alternativen umweltfreundlichen Brennstoff voranzubringen?

Wir haben uns verpflichtet, bis 2050 einen Netto-Nullverbrauch zu erreichen, was bedeutet, dass wir uns darauf vorbereiten müssen, unseren Gasverbrauch in den kommenden Jahren zu ändern. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist Wasserstoff.

Das derzeitige Nationale Fernleitungsnetz (NTS) transportiert Erdgas durch das gesamte Vereinigte Königreich, und Menschen, Unternehmen und Industrie sind auf unser Netz angewiesen.

Das NTS ist ein einzigartiges und komplexes Netz, das Stahlrohre verwendet, um Erdgas unter hohem Druck zu transportieren. Bevor das Netz umgerüstet werden kann, müssen wir genau wissen, welche Auswirkungen die Einwirkung von Wasserstoff unter hohem Druck auf die Rohre haben könnte. Es sind umfangreiche Tests und detaillierte Versuche erforderlich, um festzustellen, welche Änderungen wir vornehmen müssen, um Wasserstoff sicher zu transportieren.

Unter dem Namen HyNTS – Hydrogen in the NTS – haben wir bereits mehrere Projekte durchgeführt, um die physikalischen Fähigkeiten des NTS beim Transport von Wasserstoff zu untersuchen. Bei diesen Projekten wurde nicht nur untersucht, welche Auswirkungen Wasserstoff auf unsere Rohrleitungen haben könnte, sondern auch auf alle zugehörigen Ausrüstungen wie Kompressoren und Ventile sowie auf die Art und Weise, wie ein Wasserstoffnetz in Zukunft möglicherweise anders funktionieren muss.