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Grüner Wasserstoff, was ist das?

Grüner Wasserstoff macht Schlagzeilen und entwickelt sich zum neusten großen Trend der Energiewende. Aber wissen wir, was er ist, wofür er verwendet wird und wie er produziert wird?

 

Grüner Wasserstoff, wie wird er hergestellt?

 

Wir stehen vor einer echten technologischen Herausforderung, wenn es darum geht, die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf den Planeten einzudämmen. Unsere schwindelerregende wirtschaftliche und soziale Entwicklung – durch industrielle Revolutionen – ging mit einer gefährlichen Zunahme unseres CO2-Fußabdrucks einher und gefährdet das Klimagleichgewicht und damit die Ökosysteme und das Leben auf unserem Planeten. Eine Realität, der wir uns glücklicherweise mehr – vielleicht nicht ausreichend – bewusst sind, sind der wir als Gesellschaft durch verschiedene Lösungen entgegenwirken wollen, die es uns ermöglichen, die Verschmutzung und Schädigung unseres Planeten zu stoppen und gleichzeitig eine Verbesserung der Lebensqualität aller Menschen zu gewährleisten. So gibt es in den meisten effizienten Jahrzehnten Investitionen in Innovation und Technologie, verschiedene Lösungen zur grünen Erzeugung von Energie, zur Reduzierung der Umweltverschmutzung und zur Beseitigung bzw. Ersatz zum Emissionen schädlicher Bestandteile in der Atmosphäre durch harmlosere zu entwickeln. Kurz gesagt: Die Menschen versuchen, wenn auch noch nicht mit dem notwendigen globalen Konsens, ein sehr wichtiges Problem sowohl für die Menschheit selbst als auch für den Planeten einzudämmen. So haben wir in den letzten zehn Jahren revolutionäre Veränderungen in Sektoren wie dem Transportwesen erlebt, in denen zwei Protagonisten (wieder)geboren wurden: das Elektrofahrzeug (man sollte bedenken, dass die ersten Fahrzeuge Elektromotoren und keine Verbrennungsmotoren hatten) und das Wasserstofffahrzeug. Genau auf diesen letzten Punkt wollen wir uns konzentrieren. Und die Frage ist: Wissen wir, was Wasserstoff oder, noch komplexer, grüner Wasserstoff ist und wie er den Transportsektor oder zumindest einen grundlegenden Teil davon verändern kann? Packen wir es an.

Wie wir bereits erklärt haben, hinterlässt jede Aktivität Spuren; Das zeigt sich in unserem aktuellen Mobilitätsmodell, das auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basiert. Ob Diesel, Benzin oder Kerosin (hauptsächlich in der Luftfahrt verwendet), fossilbasierte Verbrennungsmotoren gewinnen mechanische Energie durch die chemische Energie eines in einer Brennkammer verbrennenden Kraftstoffs. Dies bedeutet, dass enorme Mengen an umweltschädlichen Gasen und Partikeln wie Stickoxiden, Kohlenmonoxiden, Kohlendioxid sowie anderen flüchtigen organischen Verbindungen und Feinstaub verschiedener Art in unsere Atmosphäre gelangen und unserer Gesundheit und der Umwelt mehr als deutliche Schäden zufügen. Aus diesem Grund wird seit Jahren nach Alternativen zu diesen fossilen Brennstoffen für den Einsatz in unseren Fahrzeugen gesucht. Eine Suche, die in den letzten Jahrzehnten dazu geführt hat, dass wir diese alternativen Technologien in zwei große Gruppen teilen können. Diese unterscheiden sich je nach den aktuell zu beobachtenden Trends in der Branche erheblich und können nicht auf derselben Ebene analysiert werden, sondern nach ihren Besonderheiten und Einsatzmöglichkeiten in einem engeren Kontext. Daher unterscheiden wir zwischen diesen beiden nebeneinander existierenden Technologien:

 

  • Elektromotoren: Ihr Betrieb basiert auf einem oder mehreren Elektromotoren, die, angetrieben von Batterien, Widerstand erzeugen und kinetische Energie (Bewegung) in Wechselstrom umwandeln, der durch den Konverter fließt, um in Gleichstrom umgewandelt und dieser in der Batterie zur erneuten Verwendung gespeichert werden. Es scheint, dass sich diese Lösung als Alternative zu Verbrennungsmotoren für Personenkraftwagen und den täglichen Pendelverkehr etabliert hat; Es ist jedoch noch zu früh, um zu sagen, welchen Stellenwert sie auf dem Fahrzeugmarkt haben wird. Klar ist, dass es sich um eine Schlüssellösung zur Dekarbonisierung des Verkehrs handelt, wenn sie durch die Nutzung erneuerbarer Energien unterstützt wird.

 

  • Wasserstoff-Verbrennungsmotor: Er funktioniert mit einer Brennstoffzelle, die sich an der Vorderseite des Fahrzeugs befindet und die durch eine chemische Reaktion mit dem von außerhalb des Fahrzeugs gewonnenen Sauerstoffstrom zum Antrieb des Autos erzeugt. Der bei diesem Prozess entstehende Überschuss ist lediglich Wasserdampf. Eine andere Sache ist, wie der Wasserstoff produziert wird und wie viel Umweltverschmutzung wir bei diesem Produktionsprozess verursachen, daher ist die Art des verwendeten Wasserstoffs so wichtig. Diese Lösung scheint ideal für jene Transportmethoden zu sein, die eine hohe Autonomie und Leistung erfordern, sowie für gasintensive Industrieprozesse. Hier kommt der berühmte grüne Wasserstoff wieder ins Spiel; Düse bereits erwähnt, ist die Produktion und/oder Gewinnung von Wasserstoff in diesem Prozess so wichtig, dass sie den CO2-Fußabdruck, den wir durch die Verwendung jeder Technologie hinterlassen, vollständig bestimmt. Zunächst muss erklärt werden, dass Wasserstoff keine Verbindung ist, die in unserer natürlichen Umwelt beliebig eingefangen werden kann. Er ist zwar vorhanden, aber nicht in der für seine Einfangung erforderlichen Menge oder Form. Er ist nämlich das, was in der Chemie als „Energieträger“ bezeichnet wird, und außerdem leicht und einfach speicherbar. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass seine Produktion einen Prozess erfordert, bei dem Energie verbraucht wird. Das heißt, je nach der von uns verwendeten Energiequelle kann Wasserstoff einen CO2-Fußabdruck unterschiedlicher Art hinterlassen. Nun, je umweltfreundlicher der Wasserstoffproduktionsprozess ist, desto umweltfreundlicher wird auch der Wasserstoff selbst sein.

    Vor diesem Hintergrund ist es vielleicht am wichtigsten, die Unterschiede zwischen den verschiedenen Wasserstoffarten zu kennen, die je nach der Art ihrer Herstellung existieren. So können wir, als wäre es ein Kampfsportgürtel, von acht Farbklassifizierungen sprechen, obwohl Wasserstoff keine Farbe hat, mit den folgenden Unterschieden:

     

    Grüner Wasserstoff und andere Farben von Wasserstoff

    Grüner Wasserstoff und andere Farben von Wasserstoff

    Schwarzer/brauner Wasserstoff

    Er entsteht durch die Vergasung von Kohlenstoff bei der Verbrennung verschiedener Kohlenstoffmineralien Wie Bitumenkohle (Schwarzkohle) oder Steinkohle und Braunkohle (Braunkohle). Deshalb gilt er als die umweltschädlichste Kunst von Wasserstoff.

    Grauer Wasserstoff

    Dies ist die am häufigsten vorkommende und am einfachsten herzustellende Farbe von Wasserstoff (daher die günstigste), obwohl sie auch eine davon ist, die die größte Menge Kohlendioxid in der Atmosphäre freisetzt. Grauer Wasserstoff wird durch die sogenannte Dampfreformierung (SMR) von fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, hergestellt. Verschiedene Erzeugungsquellen stammen, darunter solche, die sowohl auf erneuerbaren Energien als auch auf fossilen Brennstoffen basieren. Die Besonderheit ist, dass sich gelber Wasserstoff auch auf Wasserstoff bezieht, der mithilfe von Solarenergie erzeugt wird, obwohl dieser insgesamt als grün eingestuft würde; Eigentlich könnte man sagen, dass es sich um eine Art grünen Wasserstoff handelt.

    Blauer Wassertoff

    Wenn wir von blauem Wasserstoff sprechen, meinen wir das, was durch die Verwendung von Erdgas als Rohstoff entsteht. Dieser Prozess ist primonders spannend, weil bei dieser Verwendung von Gas Kohlendioxid abgetrennt und aufgefangen wird, um es in tiefen geologischen Formationen (Hohlräumen in der Erdkruste) zu speichern und später zur Herstellung von Ökokraftstoffen zu verwenden. Dies ist ein emissionsarmer Wasserstoff, den wir jedoch nicht als sauber einstufen können. wurde und die Extraktion von in Erdgas und Biogas enthaltenem Methan durch Methanpyrolyse ermöglicht. Dadurch gelangt der im Prozess erzeugte Kohlenstoff in einen festen Zustand und wird nicht in die Atmosphäre freigesetzt, sodass seine Rückgewinnung und Speicherung unnötig ist und er zur Herstellung einer Reihe anderer nützlicher kohlenstoffbasierter Produkte, wie beispielsweise Düngemittel, verwendet werden kann.

    Trotz allem befindet sich dieses Verfahren noch in der Entwicklungsphase; Daher kann er nicht auf demselben Level wie die anderen Wasserstofffarben bewertet oder produziert werden.

    Rosa Wassertoff

    Dies ist eine Kunst von Wasserstoff, die durch Elektrolyse von Wasser entsteht, das Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Dabei handelt es sich um Kernenergie. Es handelt sich um nahezu nachhaltigen Wasserstoff, da sein ökologischer Fußabdruck nur auf die Kernenergie selbst zurückzuführen ist. Er wird durch Elektrolyse hergestellt, wobei das Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Dabei handelt es sich um eine Besonderheit: Es wird ausschließlich elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet. Das heißt, grüner Wasserstoff ist der einzige, der mit 100 % sauberer Energie wie Photovoltaik (gelb), Wind- oder Wasserkraft gewonnen wird und keine direkten Kohlendioxidemissionen in unserer Atmosphäre verursacht.

    Weißer Wasserstoff

    Wenn wir von anderem Wasserstoff sprechen, meinen wir den Wasserstoff, der natürlich frei vorkommt, normalerweise in gasförmiger Form in der Atmosphäre und rostfrei in unterirdischen Lagerstätten. Das große Problem ist, dass es für diese Art von Wasserstoff keine technologische Strategie gibt, die es uns erlaubt, ihn in großem Maßstab zu nutzen, sodass er für unseren Zweck unbrauchbar ist.

    Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?

    Wie wir gesehen haben, gibt es eine Vielzahl von Prozessen, die zu Wasserstoff führen, obwohl nicht alle davon als solche als nachhaltig angesehen werden können. Um zu klären, wie H2 hergestellt wird, werden wir uns deshalb darauf konzentrieren, zu entschlüsseln, wie der Hauptprotagonist dieses Artikels hergestellt wird: grüner Wasserstoff.

    Mal sehen, Wasserstoff ist immer noch ein chemisches Element des Periodensystems – genauer gesagt das erste auf der Liste – das in diesem Fall während der Trennung der Moleküle, die Wasser (H2O) bilden, während eines Dissoziationsprozesses der besagten Moleküle unter Zufuhr von Elektrizität gewonnen wird. Dieser Prozess, Elektrolyse genannt, ermöglicht die Trennung von Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen. Im Fall von grünem Wasserstoff geschieht dies mithilfe von elektrischer Energie, dies aus einer beliebigen erneuerbaren Energiequelle (hauptsächlich Wind- und/oder Photovoltaikenergie) erzeugt wird.

     

    <img class="wp-image-15456 size-full" src="https://www.ormazabal.com/wp-content/uploads/2022/11/230713-hidrogeno-verde-OMZ-1-ES-1.jpg" alt="Grüner Wasserstoff, wie wird er hergestellt?" Grüner Wasserstoff, wie wird er hergestellt?

    Auf diese Weise wird im Elektrolyseur kontinuierlich elektrischer Strom angelegt. Dazu muss der Wechselstrom zuvor mithilfe von Leistungselektronik und Gleichrichtern in Gleichstrom umgewandelt werden. Damit diese Gleichrichter mit den entsprechenden Wechselstrom- und Spannungsniveaus aus dem Netz arbeiten können, müssen sie vor möglichen Schwankungen geschützt werden. Daher verwenden wir Umspannwerke, die mit Netzschutzzellen ausgestattet sind, sowie Transformatoren zur Anpassung des Niveaus. Das macht sie zu Schlüsselelementen für einen ordnungsgemäßen Betrieb und erfordert ein hohes technologisches und innovatives Niveau. Dieser Prozess birgt jedoch zwei Dilemmata:

    1. Fälle der Elektrolyseprozess durch Anschluss an das Stromverteilungsnetz durchgeführt wird, erfolgt die Kopplung an die öffentlichen Verteilungsnetze über Anschluss- und Trennzentren.
    2. Fälle der Elektrolyseprozess von den elektrischen Übertragungsnetzen ausgeht, benötigen wir Umspannwerke, da wir den Strom von Hoch- auf Mittelspannung umspannen müssen. Die Sicherheit des Prozesses und sein korrekter Ablauf werden jederzeit gewährleistet.

    Das Grundschema wäre in jedem Fall, dass eine bestimmte Menge Wasser gespeichert und/oder zu einer Wasserstofferzeugungsanlage transportiert wird. Dort durchläuft es einen Elektrolyseur und wird einem molekularen Trennungsprozess zugeführt. Dabei wird elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen verwendet, wodurch die ursprüngliche molekulare Zusammensetzung des Wassers aufgebrochen wird. Nach dieser Trennung wird der Sauerstoff für industrielle oder medizinische Zwecke gespeichert und/oder über die Atmosphäre ausgestoßen, während der Wasserstoff in Lagertanks geleitet wird, wo er als komprimiertes Gas gespeichert oder für die Verwendung in der Industrie oder in Wasserstoffbrennstoffzellen verflüssigt wird.

    Auf diesem Weg kann ein einfacher Tropfen Wasser dank erneuerbarer Energien und elektrischer Infrastruktur in einen grünen Kraftstoff ohne Emissionen umgewandelt werden. Deshalb ist die Entwicklung dieser Branche so wichtig.