Tarifberater

Tarifberater

Energieerzeugung der Zukunft

Rohstoff der Energiewende: Wasserstoff

Fortschrittlich, nachhaltig, klimafreundlich:
Mit Wasserstoff sind große Hoffnungen verbunden. Zusammen mit der Brennstoffzellentechnologie soll Wasserstoff zum Energieträger von morgen werden. Ein Fahrplan vom Land Baden-Württemberg gibt die Richtung vor. Im Landkreis Reutlingen hat sich ein Netzwerk an die Arbeit gemacht und FairEnergie ist dabei.

In der Theorie liest es sich einfach: Wenn Energie durch Sonnen- oder Windenergie, also regenerativ erzeugt wurde, kann sie mit Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Brennstoffzellen können diese Energie dezentral nutzen. So kann Wasserstoff Generatoren oder Busse antreiben, Heizungen oder Kühlsysteme versorgen und im Erdgasnetz als Reserve gespeichert werden. Wie dies in die Praxis umgesetzt werden kann, hängt nicht nur von der Technologie selbst ab. Auch auf Wirtschaftlichkeit und Sicherheit muss man genau schauen.

Für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft hat das Land Baden-Württemberg Ende 2020 einen Fahrplan, die sogenannte Wasserstoff-Roadmap veröffentlicht. Insgesamt geht es darum, Wasserstoff als Schlüsseltechnologie weiter zu entwickeln, ganz praktisch, so dass Unternehmen und Haushalte mit der klimafreundlichen Technologie arbeiten und leben können. Das Land soll der führende Standort für Wasserstofftechnologie werden.

Im Landkreis Reutlingen hat man bereits die Kräfte gebündelt. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten HyStarter-Projektes, arbeiten ansässige Akteure Hand in Hand an dem Ziel eine regionale Wasserstoffwirtschaft zu etablieren. FairEnergie bringt Kompetenz in der Energieerzeugung und beim Speichern von Energie in das Projekt ein.
 

Wie wird Wasserstoff erzeugt?

Um aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen, müssen die Wasserteilchen zersetzt werden – dazu dient der Prozess der Elektrolyse. Mithilfe von elektrischer Energie wird eine sogenannte Redoxreaktion erzwungen. Dabei reagiert an der Kathode Wasser zu Wasserstoff – es findet eine Reduktion statt. An der Anode reagiert Wasser zu Sauerstoff – eine Oxidation.Mithilfe der Elektrolyse lässt sich elektrischer Strom in chemische Energie umwandeln. Überschüssige Energie, beispielsweise aus Windkraft, kann so gespeichert werden.

Wenn Ökostrom zum Spalten von Wasser benutzt wird, ist der entstandene Wasserstoff „grün“. Gewinnt man Wasserstoff aus Erdgas, spricht man von grauem Wasserstoff. Grau steht symbolisch für die Emission, die dabei freigesetzt wird. Im zweiten Schritt wird der erzeugte Wasserstoff in der Brennstoffzelle in Strom oder Wärme umgewandelt (Gas-to-Power). Nachhaltig und klimaschonend ist die Technologie dann, wenn im ersten Schritt der Wasserstoff auf grüne Weise erzeugt wurde.

 

Wasserstoff und seine Anwendungsfelder (Quelle: HyStarter.de)

Erdwärmenutzung

Die Erdwärmenutzung ist eine energiesparende und umweltschonende Technologie zur Gebäudebeheizung. Vor dem Hintergrund der Niedrigenergiebauweise erfährt diese Art der Wärmeabdeckung einen Aufschwung, da der Wärmebedarf dieser Gebäude und die Systemtemperaturen der Heizung heute wesentlich niedriger liegen als dies noch vor Jahren der Fall war.

In einem Projekt in Reutlingen-Gönningen wurden drei Bohrungen in einer Tiefe von 70 m niedergebracht und eine Wärmepumpe eingesetzt.

In Abhängigkeit der Tiefe der Bohrung nimmt die Temperatur der Erde pro 30 m um ca. 1 °C zu. Mit Hilfe von sogenannten U-Rohr-Sonden, in deren Inneren eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert, wird die Erdwärme an eine Wärmepumpe abgegeben. Diese Pumpe gibt Wärme mit einem Temperaturniveau von 45 °C ab, womit wie in diesem Beispiel, ein Kindergarten in Niederenergiebauweise vor Ort seinen Wärmebedarf decken kann.

Energierückgewinnung

Aus dem Trinkwassernetz der FairEnergie kann an einigen Punkten Energie in Form von Strom zurückgewonnen werden. Grund hierfür sind topografische Gegebenheiten und der hohe Vordruck des Vorlieferanten Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung. Eine kostengünstige Möglichkeit für die Energierückgewinnung stellt der Einsatz einer Serienpumpe dar. Rückwärts durchströmt lässt sich eine solche Pumpe als Turbine betreiben. Als Stromerzeuger bietet sich ein gekoppelter Asynchron-Generator an. Der auf diese Weise ökologisch erzeugte Strom wird nun in das Netz der FairNetz GmbH eingespeist.

Bei der FairEnergie sind derzeit 3 solcher Energierückgewinnungsanlagen im Einsatz:

  • Im Wasserbehälter Alteburg/ Reutlingen
    Inbetriebnahme: 1989
    Erzeugbare elektrische Leistung: ca. 80 kW
  • Im Wasserbehälter Degerschlacht / Reutlingen
    Inbetriebnahme: 1995
    Erzeugbare elektrische Leistung: ca. 40 kW
  • In der Wasser-Druckminderer-Anlage "Königsträßle"/Reutlingen
    Inbetriebnahme: 1999
    Erzeugbare elektrische Leistung: ca. 40 kW

Brennstoffzelle

Genau genommen ist die Brennstoffzelle über 160 Jahre alt. 1839 wurde ihre Arbeitsweise zum ersten Mal demonstriert. Technische Probleme ließen sie in Vergessenheit geraten, aber heute feiert sie ihr Comeback. Die FairEnergie hat von Oktober 2003 bis Juli 2007 den Einsatz von Brennstoffzellen für Wohnhäuser mit einer Pilotanlagen auf dem eigenen Gelände getestet.

Jede Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, zwischen denen ein Elektrolyt liegt. An einer Elektrode fließt Wasserstoff vorbei, an der anderen Elektrode wird Sauerstoff zugeführt. An einer Elektrode bilden sich nun positiv geladene Wasserstoffionen, an der anderen negativ geladene Sauerstoffionen. So entsteht eine elektrische Gleichspannung wie zwischen den sogenannten Polen einer Batterie.

Jede Zelle erzeugt eine Spannung von beispielsweise einem Volt. Die Zellen werden zu Stapeln (stacks) zusammengefasst, um höhere Spannungen zu erzielen. Mit dem Flug zum Mond begann der Aufstieg der Brennstoffzelle. In den 50er und 60er Jahren entwickelte Modelle versorgten die Raumfahrt-Missionen mit elektrischer Energie. Noch heute kommt dieser Typ in der Raumfahrt und beispielsweise in U-Booten zum Einsatz. Moderne Typen der Brennstoffzelle erzeugen heute schon umweltschonend Strom und Wärme.

Mit einigen Modellen werden sogar Einfamilienhäuser dezentral versorgt. Mit einer Kraft-Wärme-Kopplung können Brennstoffzellen schon heute einen Wirkungsgrad von ca. 80 % erreichen. Doch das ist erst der Anfang: In Zukunft sollen Brennstoffzellen geräuschlose Autos und Heizanlagen ermöglichen, die neben Wärme auch Strom produzieren. Ziel ist die Stromproduktion ohne schädliche Abgase, wenn bei der Brennstoffzelle nur reiner Wasserstoff verwendet wird.