Der Weg zu grünem Wasserstoff

Wasserstoff verfügt über ein enormes Potenzial als saubere Brennstoffquelle.

Denn bei der Verbrennung von Wasserstoff in einer Brennstoffzelle entsteht als Hauptnebenprodukt Wasserdampf. Wasserstoff könnte in ausreichenden Mengen das Stromnetz versorgen, das Ihr Licht anhält, die Gebäude beheizen, in denen Sie arbeiten und einkaufen, den Kohlenstoffverbrauch Ihrer Fahrzeuge drastisch reduzieren und weiterhin eine wichtige Rolle als Rohstoff in Industrien wie der chemischen, petrochemischen und Stahlproduktion spielen, auf die wir alle angewiesen sind.

Sie fragen sich also vielleicht: Warum werden nicht alle fossilen Brennstoffe durch Wasserstoff ersetzt?

Wasserstoff selbst ist eine sauber verbrennende, kohlenstofffreie Brennstoffquelle. Für die Herstellung werden jedoch in der Regel kohlenstoffreiche Brennstoffe wie Erdgas und Kohle verwendet, entweder direkt oder als Energiequelle für die Erzeugung der sehr großen Mengen an Strom, die bei sauberen Produktionsmethoden verbraucht werden.

In den vergangenen Jahren wurden nach Angaben des Weltwirtschaftsforums etwa 6 % des weltweiten Erdgases und 2 % der weltweiten Kohle für die Wasserstoffproduktion verwendet. Die dadurch verursachten CO₂-Emissionen belaufen sich auf etwa 830 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr, was den CO₂-Emissionen von Großbritannien und Indonesien zusammen entspricht, so der gleiche Bericht des Weltwirtschaftsforums.

Die heutzutage gebräuchlichen Methoden zur Herstellung von Wasserstoff wurden nicht mit dem Gedanken an Innovation und Aspekte der Nachhaltigkeit entwickelt. Grüner Wasserstoff hingegen schon.

Was ist grüner Wasserstoff?

Damit Wasserstoff als „grün“ bezeichnet werden kann, muss er nicht nur in einem kohlenstofffreien Verfahren hergestellt werden, sondern auch mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne erzeugt werden. 

Wie stellt man grünen Wasserstoff her?

Die sauberste Methode der Wasserstofferzeugung ist die Elektrolyse, bei der ein elektrisch betriebener Elektrolyseur Wasser (H₂O) in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aufspaltet. Darüber hinaus bestimmt die Reinheit des Wasserstoffs die Rolle, die er in der Wasserstoffwirtschaft spielen kann, so dass Verunreinigungen durch einen Trennungsprozess aus dem Wasserstoff entfernt werden müssen.

Im Naturwissenschaftsunterricht haben Sie vielleicht gesehen, wie dieser Prozess in einem kleinen Elektrolyseur abläuft, bestehend aus einem Becherglas mit Wasser, ein paar Metallstreifen oder Drähten, die mit einem Akku verbunden sind und zwei Reagenzgläsern zum Auffangen des getrennten Wasser- und Sauerstoffs.

Im Industriemaßstab führt die Entscheidung für erneuerbare Energien zum Betrieb von Elektrolyseuren zu einem grünen Wasserstoffproduktionsprozess.

Wofür wird grüner Wasserstoff verwendet?

Grüner Wasserstoff kann in jeglichen Bereichen eingesetzt werden, die auf Wasserstoff angewiesen sind, der mit herkömmlichen, kohlenstoffintensiven Methoden hergestellt wird. Dadurch kann es vielen Unternehmen und Prozessen dabei helfen, Kohlenstoffneutralität zu erreichen:

• Stromerzeugung
• Transportwesen
• Pharmazeutische Herstellung
• Glasreinigung
• Erdölraffination
• Halbleiterproduktion

Wo liegen die Herausforderungen bei der Produktion von grünem Wasserstoff?

Doch trotz aller Vorteile gibt es auf dem Weg zu einer umfassenden, wirtschaftlich tragfähigen Nutzung von grünem Wasserstoff noch einige Hindernisse zu überwinden. Hier sind einige dieser Herausforderungen:

Die Elektrolyse ist ein sehr energieintensiver Prozess.

Solange es keine allgemein verfügbaren, zuverlässigen und wirtschaftlichen Quellen für sauberen Strom gibt, werden die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff in großem Maßstab unerschwinglich bleiben.

Elektrolyse ist sehr wasserintensiv.

Man benötigt einen erheblichen Vorrat an Wasser, das bestimmte Reinheitsstandards erfüllt, was den Standort von Anlagen zur Herstellung von grünem Wasserstoff geografisch einschränken könnte.

Die Infrastruktur muss geschaffen werden.

Wir verfügen zwar über eine zuverlässige Erdgas-Infrastruktur, aber diese kann nicht einfach für den Transport umgewandelt werden. Da Wasserstoff dazu neigt, Stahl spröde und bruchempfindlicher zu machen, daher sind wahrscheinlich spezielle Rohrleitungen erforderlich.

Wie wird sich grüner Wasserstoff auf den globalen Energiewandel auswirken?

Laut dem Globalen Wasserstoffbericht 2022 der Internationalen Energieagentur erreichte die weltweite Gesamtnachfrage nach Wasserstoff im Jahr 2021 94 Millionen Tonnen und wird bis 2030 schätzungsweise 115 – 130 Millionen Tonnen erreichen. Den zukünftigen Bedarf mit den bestehenden Methoden der Wasserstoffproduktion zu decken, ist zwar machbar, aber keine nachhaltige Lösung.

Grüner Wasserstoff wird für den globalen Energiewandel entscheidend sein, insbesondere für Energiequellen, die:

• Kraftfahrzeuge und Flugzeuge antreiben
• Wohnungen und Büros beheizen
• Strom erzeugen
• Industrielle Prozesse dekarbonisieren

Was wird zur Beschleunigung der Produktion von grünem Wasserstoff getan?

Im Rahmen der weltweiten Bemühungen um den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Zukunft haben unsere Ingenieure eine neue katalysatorbeschichtete Membrantechnologie (CCM) für die Produktion von grünem Wasserstoff entwickelt, die dazu beitragen kann, die Produktionskosten zu senken, indem sie eine höhere Leistung des Elektrolyseurs ermöglicht. Diese katalysatorbeschichteten Membranen werden derzeit von Herstellern von Elektrolyseuren getestet, wo sie mit Hilfe einer bahnbrechenden Technologie eine höhere Effizienz der Elektrolyseure und eine höhere elektrische Stromdichte ermöglichen. 

Neben den Entwicklungen bei CCM arbeitet unsere Technologie zur Reinigung von Wasserstoff unter hohem Druck aus wasserstoffhaltigen Prozessströmen, um Spuren von Verunreinigungen wie Sauerstoff, Wasser und Stickstoff zu entfernen. Dies ermöglicht die Rückgewinnung und Aufwertung von Wasserstoff auf eine Reinheit von mehr als 99,9 %, um den Raffineriebedarf zu decken.

Honeywell bemüht sich außerdem um eine grüne Wasserstoffzukunft durch eine kürzlich getätigte Investition in Electric Hydrogen, ein Unternehmen, das eine neue Generation von Elektrolyseurtechnologien mit hohem Durchsatz entwickelt. Unsere Zusammenarbeit mit Electric Hydrogen wird unser Verständnis der Elektrolyseur-Industrie verbessern und ihre zukünftigen Bedürfnisse mit Innovationen wie katalysatorbeschichteten Membranen unterstützen.

Um den Übergang zu einer umweltfreundlichen Wasserstoffwirtschaft zu beschleunigen, haben die Vereinigten Staaten vor kurzem den Inflation Reduction Act of 2022 verabschiedet, der eine Reihe von Anreizen zur Förderung der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe, regionale Knotenpunkte für sauberen Wasserstoff und mehr enthält.

In Zusammenarbeit mit Regierungsbehörden auf der ganzen Welt und anderen privaten Unternehmen konzentrieren wir uns darauf, die Herausforderungen der grünen Wasserstoffproduktion und des Transports auf dem Weg zu einer wasserstoffbasierten Wirtschaft zu meistern. Erfahren Sie mehr darüber, was Honeywell zur Beschleunigung der Zukunft von grünem Wasserstoff beiträgt.