Wasserstoff: Energiequelle der Zukunft für Strom, Wärme und Industrie

Wasserstoff dient als effizienter Energiespeicher und findet Anwendung in elektrischer Stromerzeugung, Wärmeproduktion sowie in chemischen Prozessen. Besonders in der chemischen Industrie spielt Wasserstoff eine bedeutende Rolle, z.B. bei der Ammoniakproduktion und der Umwandlung von Kohlenstoffmonoxid zu Methanol als flüssiger Wasserstoffspeicher. Erfahren Sie in diesem Blogartikel, welchen Beitrag Wasserstoff zur Wärmeerzeugung leistet, wie grüner Wasserstoff Emissionen in der Industrie reduziert und wie EU-Fördermittel aus dem Innovation Fund die Entwicklung von Wasserstoffanwendungen vorantreiben.

Wie wird in Brennstoffzellen Strom aus Wasserstoff erzeugt?

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff elektrochemisch in elektrischen Strom um. In diesen Zellen reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, hier wird also die reverse Reaktion des Elektrolyseurs genutzt. An der Anode wird jeweils Wasserstoff zu Protonen umgesetzt. An der Kathode wird der Sauerstoff reduziert. Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellen:

1. Alkalische Brennstoffzelle: Hier erfolgt die Umsetzung in einer alkalischen Umgebung. Der reduzierte Sauerstoff bildet, durch die Reaktion mit Wasser, Hydroxid-Ionen. Die Membran, welche die Elektroden trennt, ist für Hydroxid durchlässig, wodurch auf der Anodenseite Wasser gebildet wird.
2. Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle: Diese verwendet eine protonendurchlässige Membran. Die Protonen durchqueren die Membran und bilden so auf der Kathodenseite Wasser.
3. Festoxid-Brennstoffzelle: Diese Zellen werden bei Temperaturen von 500 bis 1000°C betrieben. Das Wasser bildet sich auf der Anodenseite und wird über das „Brenngas“ ausgetragen.

Mehrere Brennstoffzellen können zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert werden, der in verschiedenen Anwendungen wie Fahrzeugen, Zügen, Schiffen oder als Notstromquelle genutzt wird. Brennstoffzellen haben ihren Weg bereits in einige Anwendungen gefunden, es besteht aber noch immer weiterer Verbesserungsbedarf. Der Wirkungsgrad, also die Energieausbeute, und die Lebensdauer müssen weiter maximiert werden. Außerdem sind Brennstoffzellen auf kritische Rohstoffe, wie Platin, angewiesen, hier gilt es den Verbrauch dieser Ressourcen zu minimieren oder durch alternative Rohstoffe zu ersetzen.

Wasserstoff in der Wärmeerzeugung

Wasserstoff kann auch verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, die in Prozessen, Öfen und Heizungen genutzt werden kann. Die Verbrennung von Wasserstoff zur Wärmeerzeugung ist effizienter als die vorherige Umwandlung in Strom. Überschüssige Wärme kann ebenfalls zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken verwendet werden.

Abbildung: Wasserstoff wird unter Zugabe von (Luft)-Sauerstoff verbrannt und es entsteht Wärme.

Die Etablierung von Wasserstoff als Wärmequelle, auch als Erdgas-Wasserstoff-Gemisch, erfordert die Entwicklung geeigneter Feuerungssysteme und Investitionen in energieintensive Industrieprozesse.

Die Bedeutung der chemischen Verwendung von Wasserstoff

In der chemischen Industrie wird H₂ für die Ammoniakproduktion benötigt. Ammoniak ist ein Grundstoff für die Herstellung von Düngemitteln, Pflanzenschutzmitteln, Schmiermitteln und Medikamenten. Wasserstoff spielt auch eine Rolle bei der Herstellung von Kraftstoffen und Methanol durch die Reduktion von Kohlenstoffmonoxid.

Maßnahmen zur Skalierung der Wasserstoffproduktion

Um Wasserstoffanwendungen zu etablieren, müssen die Produktion von grünem Wasserstoff, damit verbunden auch die Bereitstellung erneuerbarer Energien, die Wasserstoffinfrastruktur und der Wasserstoffverbrauch skaliert werden. Dafür werden automatisierte Prozesse benötigt, um die Produkte in entsprechenden Stückzahlen herzustellen. In der Skalierung müssen Faktoren wie der damit verbundene Platz- und Personalbedarf, die Kapazitäten der Zulieferer und Kunden und vieles weiteres beachtet werden.

Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Förderprogramms und unterstützen Sie bei der Antragsstellung. Die EurA AG Aachen und Herten verfügen über jahrelange Erfahrung in der erfolgreichen Beantragung von Fördermitteln und der technischen Beratung zum Thema Wasserstoff. 

Text: Georg Beckmann