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Aktueller Stand und Potenziale der Wasserstoffnutzung

Erstellt am: 21.02.2023 | Stand des Wissens: 21.02.2023
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Wasserstoff kann verkehrsträgerübergreifend als alternativer Kraftstoff genutzt werden. Dabei ist die Nutzung in einer Brennstoffzelle in Kombination mit Elektromotoren am effizientesten, aber grundsätzlich kann Wasserstoff auch direkt in Motoren verbrannt werden. Da die strombasierte Erzeugung von Wasserstoff und seine anschließende Nutzung gegenüber der direkten Nutzung von erneuerbarem Strom deutlich ineffizienter und kostenintensiver ist, sollte dieser nur in Bereichen eingesetzt werden, in denen eine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom nicht möglich ist. [UBA22g] Dies begründet sich insbesondere durch die derzeitig noch hohen Energieverluste bei der Wasserstoffherstellung und Nutzung. Während der Gesamtwirkungsgrad bei einem batterieelektrischen Fahrzeug gegenwärtig bei 77 Prozent liegt, beträgt der Wirkungsgrad eines Brennstoffzellenfahrzeugs lediglich 34 Prozent (Vergleich am Beispiel eines Pkw in Abbildung 2) [SRU21].
Energetischer Wirkungsgrad Antriebsoptionen Pkw.jpgAbb. 1: Energetischer Wirkungsgrad für verschiedene Antriebsoptionen bei Pkw [SRU21] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
In Bereichen mit einem hohen Energiebedarf oder großen Reichweitenanforderungen hat der Einsatz von Wasserstofftechnologien allerdings durchaus Potenzial. Diese Bereiche sind zum Beispiel der Seeverkehr, der Flugverkehr und der Straßengüterfernverkehr. Die eingesetzten Fahrzeuge sind in der Regel groß und schwer, zudem ist ein batterieelektrischer Antrieb häufig nicht geeignet. In diesen Bereichen können aber auch andere alternative Kraftstoffe wie synthetisches Methan oder Ammoniak, im Straßengüterverkehr auch Oberleitungen, genutzt werden. Zur Herstellung vieler alternativer Kraftstoffe wird wiederum Wasserstoff als Ausgangsstoff eingesetzt. [UBA22g] Das Anwendungspotenzial dieser alternativen Antriebstechnologien ist also stark vom jeweiligen Einsatzgebiet abhängig und birgt dementsprechend unterschiedliche Potenziale.
Brennstoffzellenfahrzeuge zur Nutzung von Wasserstoff befinden sich größtenteils noch in der Entwicklung. Zum Teil sind jedoch schon heute erste einzelne Fahrzeugmodelle, insbesondere im Straßen- und Schienenverkehr, auf dem Markt verfügbar.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Klimaschutzpotenzial der Wasserstoffanwendung im Verkehrssektor (Stand des Wissens: 27.02.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?567750
Literatur
[SRU21] Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) (Hrsg.) Wasserstoff im Klimaschutz: Klasse statt Masse, 2021
[UBA22g] Umweltbundesamt (Hrsg.) Wasserstoff, Schlüssel im künftigen Energiesystem, 2022/05/18
Glossar
CH4 = Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge. Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.) Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie bei einer Umwandlung in die gewünschte Energieform umgewandelt wird und beschreibt damit die Effizienz bspw. einer technischen Anlage.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?567063

Gedruckt am Montag, 26. Februar 2024 16:14:32