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Der Redakteur | 28.06.2023Woher kommt das Wasser für den grünen Wasserstoff?

29. Juni 2023, 13:16 Uhr

Jürgen Leidenroth aus Bad Sulza sorgt sich, weil unser Wasser immer knapper wird. Doch woher nehmen die Wasserstofferzeuger ihr benötigtes Wasser für den Energieträger "grüner Wasserstoff"?

Es gibt einige grundlegende Fehler bei der Betrachtung der Energiewende, die in der diskutierenden Öffentlichkeit häufig gemacht werden. Mit dem Ausbau-Stand von heute wird der Bedarf von morgen diskutiert, Deutschland oder gar Regionen werden isoliert betrachtet und neue Technologien spielen keine Rolle.

Der Umbau der Industrie, weg vom fossilen hin zu erneuerbaren Energien, ist aber ein Prozess und mindestens eine Generationenaufgabe. Angesichts der Klimadiskussion haben wir zudem ein wenig vergessen, dass die Mengen an Kohle, Gas und Öl sowieso endlich sind. Wir sind eine der letzten Generationen, die aus dem Vollen schöpfen könnten. Und besonders das Öl ist eigentlich viel zu wertvoll (Stichwort Kunststoffe aller Art), um es einfach zu verfeuern.

Wieviel Wasserstoff brauchen wir nun?

Viel. Und das weltweit. Zunächst: Für die Erzeugung von einem Kilogramm grünem Wasserstoff werden rund zehn Liter Reinstwasser benötigt. Das klingt gewaltig, muss aber eingeordnet und mit dem Hinweis versehen werden, dass das Wasser bei der Verbrennung ja auch wieder in die natürlichen Kreisläufe zurückgegeben wird: in Form von Wasserdampf. Die Bundesregierung sieht in ihrer nationalen Wasserstoff-Strategie alleine bis 2030 einen Wasserstoffbedarf von circa 90 bis 110 Terrawattstunden (TWh) jährlich.

Bis dahin sollen erste Erzeugungsanlagen einschließlich der dafür erforderlichen Offshore- und Onshore-Energiegewinnung entstehen, die eine grüne Wasserstoffproduktion von bis zu 14 TWh sicherstellen sollen. Das heißt: Irgendwo zwischen zehn und 20 Prozent des Bedarfs wollen wir selbst decken.

Damit verlagern wir natürlich auch das Wasserproblem. Hier gilt es, nicht die gleichen Fehler zu machen, wie bei unseren Landwirtschaftsimporten. Nicht nur unsere Tomaten, Gurken oder Paprika kommen oft aus Regionen, die unter Wasserknappheit leiden. Wenn man auf Grundwasser setzt, dann muss die Gegend geeignet sein. Auch unser Hang zu weltrettenden Fleischalternativen von Soja bis Avocado ist für den Wasserhaushalt der Herkunftsregionen mitunter katastrophal.

Ein Elektrolyseur für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Bildrechte: picture alliance/dpa | Rolf Vennenbernd

Trotzdem: Bei einem Vergleich der Wassermengen, die für die Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse benötigt werden, hat der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) errechnet, dass für Horrorszenarien kein Anlass besteht. Dahinter steht die Annahme, dass sich die Elektrolysekapazitäten in Deutschland bis Mitte des Jahrhunderts vervierfachen. Von den 40 GW werden zwei Drittel an Land produziert, so die Annahme. Dafür wären 20 Millionen Kubikmeter (m³) Süßwasser nötig, für das restliche Drittel rund 30 bis 40 Millionen m³ Meerwasser. Das liegt daran, dass das Meerwasser für herkömmliche Elektrolyseure noch aufbereitet werden muss.

Zum Vergleich: 2019 wurden für die Beregnung in der Landwirtschaft 450 Millionen m³ Wasser eingesetzt und 300 Millionen m³ verdunsteten in den Kühltürmen unserer Kraftwerke. Und letztere sollen ja perspektivisch wegfallen.

Begeben wir uns wieder in neue Abhängigkeiten?

Jein. Unsere Strom- und Gasversorgung ist mindestens europäisch organisiert. Das heißt: Diese gern polemisch ausgeschlachteten Momentaufnahmen, dass wir an einem Tag X von französischem Atomstrom gelebt haben, zeigen eigentlich nur, dass wir europaweite Netze haben mit zahllosen Einspeisepunkten. Als die wegen fehlender Kühlung heruntergefahrenen französischen AKW nämlich wochenlang keinen Strom liefern konnten, war unser Windstrom höchstwillkommen. So werden ganz normale punktuelle Mangellagen schon seit Jahren erfolgreich ausgeglichen.

Bei der Planung künftiger Wasserstoffproduktionen müssen wir also beachten, wo wir als Europäer Einspeisepunkte hinsetzen. Wer hat Wind, wer Sonne? Woher beziehen wir dann das benötigte Wasser? Welche Speicher sind nutzbar (zum Beispiel ehemalige Erdgasspeicher) und welche Leitungen? Denn am Ende müssen der Wasserstoff oder die daraus hergestellten Gase auch zum Verbraucher gelangen.

Für Europa werden wir wegen unserer zentralen Lage ein wichtiges Energie-Transitland bleiben. Neben der Zusammenarbeit mit unseren europäischen Nachbarn werden wir auch die Zusammenarbeit mit Afrika verstärken müssen. Das geschieht bereits, unsere Minister sind quasi on Tour, um den Boden zu bereiten. Vielleicht bekommen wir diesmal etwas hin, wovon am Ende beide Seiten profitieren.

Und in Afrika muss genauso wie in Spanien oder Brandenburg geschaut werden, ob das Wasser für die Pläne überhaupt reicht. Trotzdem gehört unser Wasser in Deutschland zu den "Verbrauchmitteln", die eine fallende Kurve haben. Die Wassernachfrage in Deutschland ist laut Umweltbundesamt von 1991 bis 2019 von 45 Milliarden m³ auf 20 Milliarden m³ zurückgegangen.

Eine Grafik des Bundesumweltamtes Bildrechte: Umweltbundesamt

Auch sind wir ohnehin dabei - Stichwort Thüringer Niedrigwasserstrategie - uns Gedanken zu machen, wie wir das Wasser von den zunehmenden Starkregenereignissen künftig nicht in unsere Keller leiten, sondern in Staubecken. Und wie wir mit Renaturierungen und Überflutungsflächen unsere Grundwasserspiegel stabilisieren können. Und von diesen Maßnahmen können regional auch Elektrolyseanlagen profitieren.

Woher wird nun das Wasser für den Wasserstoff kommen?

Im besten Fall gar nicht aus dem Grundwasser, sondern aus dem Meer und aus der Luft. Dann hätten wir die beklagte Wasser-Konkurrenz-Diskussion erst gar nicht. Was sich hier aktuell technologisch tut, ist beeindruckend. Auch zeigen diese Beispiele, dass wir unseren Denkhorizont dringend erweitern müssen. Wer kommt schon auf die Idee, dass in der trockenen Wüstenluft so viel Wasser steckt, dass damit locker Elektrolyseure betrieben werden können, die aus Wind- und Solarstrom Wasserstoff machen?

Vier Prozent Luftfeuchtigkeit reichen aus, sagen Forscher und der Durchschnittswert in der Sahelzone liegt bei 20 Prozent relative Luftfeuchtigkeit. Die ersten Versuchsanlagen gibt es bereits und deren Entwickler aus Australien, China und Großbritannien waren selbst überrascht vom Wirkungsgrad ihrer Erfindung. Sie sind auch überzeugt, dass diese problemlos skalierbar ist. Außerdem brauchen ihre Elektrolyseure keinen seltenen Erden. Eine andere Wortmeldung von Wissenschaftlern gab es Anfang des Jahres. Bisher galt ja die Lehrmeinung, dass Elektrolyseure reinstes Wasser brauchen, also quasi destilliertes Wasser.

Denn die Meerwassersalze haben bisher mit den Metallen der Elektroden reagiert, Korrosion und Ablagerungen waren die Folge, der Wirkungsgrad gering. Forscher haben nun einen Katalysator entwickelt, der aus dünnen Kohlenstofffäden mit einer Umhüllung aus Kobaltoxid besteht. Außerdem sind die Fäden mit einer hauchdünnen Schicht Chrom(III)-oxid beschichtet. Da hätte man wirklich gleich drauf kommen können.

Erste Tests waren erfolgreich, das System arbeitet ähnlich effizient wie Reinwasser-Systeme. Nun muss "nur" noch eine Skalierung gelingen, also eine Anwendung im Großmaßstab. Und dann würden die Karten ganz neu gemischt: Windräder auf See, rundherum das nötige Meerwasser in rauen Mengen. Dazu Pipelines und Tanker für den Transport - in der Summe wäre das alles eine ziemlich überzeugende Kombination für die Sicherung unseres Wasserstoffbedarfs.

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MDR (dvs)

Dieses Thema im Programm:MDR THÜRINGEN - Das Radio | Ramm am Nachmittag | 28. Juni 2023 | 16:40 Uhr

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