Wasserstoff
Energieträger und -speicher
Wasserstoff ist überall
Er ist nach allem, was wir wissen, das häufigste chemische Element des Universums und begegnet uns überall, nämlich in Verbindung mit Sauerstoff in Form von Wasser (H2O). Die große Verbreitung und der einfache Zugriff auf Wasserstoff machen dieses Element zu einer attraktiven und sehr flexibel nutzbaren Ressource. Wasserstoff ist demnach ein Schritt in eine vielversprechende Zukunft mit Perspektive, auch als Teil unserer Kommunalen Wärmeplanung.
Wie funktioniert es?
Aber wie gewinnt man Wasserstoff? Unter Einsatz von Elektrizität wird bei der sogenannten Elektrolyse Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zerteilt. Hierzu werden zwei Elektroden in das Wasser getaucht, mit jeweils einer positiv geladenen Seite (Anode) und einer negativ geladenen Seite (Kathode). Der positiv geladene Wasserstoff sammelt sich dann an der negativ geladenen Kathode und wird vom Sauerstoff getrennt, der sich an der Anode sammelt. Dies ist der erste entscheidende Schritt zur Gewinnung von Wasserstoff.
Wärme durch grünen Wasserstoff
Stammt der für das Elektrolyseverfahren benötigte Strom für die Herstellung von Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien, spricht man von „grünem“ Wasserstoff. Wenn man nun wiederum Strom aus dem Wasserstoff gewinnen will, kann entweder eine Rückverstromung mittels Brennstoffzelle (also einer umgekehrten Elektrolyse) erfolgen oder der Wasserstoff wird in einem Blockheizkraftwerk verbrannt und verstromt. In beiden Fällen erfolgt eine sogenannte exotherme Reaktion, bei der neben reinem Wasser auch nutzbare Wärme als zusätzliches Produkt anfällt.
Wasserstoff als Energieträger und -speicher der Zukunft
Einer der größten Vorteile von Wasserstoff ist, Energie in Form von grünem Wasserstoff umweltfreundlich in sehr großen Mengen zu speichern. Das ist gerade in Zusammenhang mit fluktuierender Stromerzeugung Erneuerbarer Energien aus Wind und Sonne von großer Bedeutung. Denn die Produktion von grünem Wasserstoff und damit die Speicherung von überschüssigem Strom bei viel Wind und starker Sonneneinstrahlung kann Stromnetze vor Überlastung schützen und gleichzeitig verhindern, dass viel Energie durch Abschaltung einfach verloren geht. Mit Wasserstoff kann überschüssige Energie flexibel zwischengespeichert und in Kraftwerken rückverstromt werden.
Viele Vorteile für Umwelt und Mobilität
Die Verbrennung von Wasserstoff hat den großen Vorteil, dass statt klimaschädlichem CO2 ausschließlich Wasser in die Atmosphäre entweicht. Somit handelt es sich um eine der saubersten Energiequellen, da die einzigen Nebenerzeugnisse Wärme und Wasser sind. Auch als Treiber zukünftiger Mobilität ist Wasserstoff daher, eine gute Infrastruktur vorausgesetzt, äußerst vielversprechend. Er ist fast dreimal energieeffizienter und leistungsfähiger als Benzin. Und im Unterschied zu anderen Biokraftstoffen wie Biogas braucht Wasserstoff keine großen landwirtschaftlichen Flächen. Außerdem sind wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge durch schnelle Ladezeiten von maximal fünf Minuten genauso flexibel wie herkömmliche Autos, haben die gleiche Reichweite, sind aber bedeutend leiser, haben geringere Wartungskosten und werden nicht von Außentemperaturen beeinflusst.
Welche Rolle spielt Wasserstoff in den Planungen der Stadtwerke?
Die Stadtwerke Norderstedt planen auf Basis aktueller Erkenntnisse bis 2035 ein Wasserstoff-Hub mit einer Anschlussleistung von 5 Megawatt zu installieren sowie langfristig bis zu 15 MW Wasserstofferzeugung aufzubauen. Erste Umsetzungen dazu laufen bereits: Wir bauen BHKWs heute schon so um, dass sie wasserstofffähig sind, also in Zukunft auch mit Wasserstoff funktionieren. Dies entspricht auch den Maßgaben der Bundesregierung, in Zukunft noch Kraftwerke vorzuhalten, die unabhängig von Erneuerbaren Energien laufen und auch in der Dunkelflaute die Stromerzeugung sicherstellen. Hoch flexible Kraftwerke wie BHKWs, die innerhalb von Minuten Strom erzeugen können, sind der Schlüssel dazu. BHKWs werden also auch in Zukunft notwendig sein, aber wahrscheinlich nicht mehr mit Erdgas betrieben, sondern mit Wasserstoff.
Wasserstofferzeugung in Norderstedt und Nutzung im Fernwärmenetz
Klar ist, dass wir in Norderstedt Elektrolyseure zur Wasserstofferzeugung errichten müssen, da Strom zu vielen Zeiten des Jahres nicht anders sinnvoll genutzt werden kann, als für die Erzeugung von Wasserstoff. Bei der Wasserstoffherstellung fällt ungefähr 30 % der eingesetzten Energie als Abwärme an und diese kann mit unserem Fernwärmenetz optimal als künftiger Baustein unserer Kommunalen Wärmeplanung genutzt werden. Mittelfristig wird Wasserstoff zunächst nur für Spezialanwendungen nutzbar sein, nicht für den Endkunden und Privathaushalte. Zwar ist die Verbrennung von Wasserstoff bezüglich der Masse circa drei Mal so effektiv wie die von Benzin. Damit aber diese Technologie die herkömmlichen Verbrennungsmotoren auf den Straßen ablösen kann, fehlt es noch an einer zuverlässigen Infrastruktur. Bislang sind nur die wenigsten Tankstellen mit Wasserstoffzapfsäulen ausgestattet. Daher ist aus heutiger Sicht der Einsatz von Wasserstoff-Energie im Schwerlastverkehr und bei Bussen besonders interessant.
Anschluss an das Wasserstoff-Kernnetz
Ein entscheidender Aspekt unserer zukünftigen Wasserstoff-Nutzung wird sein, Norderstedt an das geplante Wasserstoff-Kernnetz anzuschließen. Für uns als viertgrößte Kommune Schleswig-Holsteins wäre dies im wahrsten Sinne „naheliegend“, um ergänzend zur Nutzung der Umwelt- und Abwärme die letzten Prozente Wärme für die kältesten Wintertage durch die Verbrennung von Wasserstoff zu decken. Falls dennoch kein direkter Anschluss an das Kernnetz erfolgt, ist unser vorderstes Anliegen, schnellstmöglich eine rechtsverbindliche Klarheit zu gewinnen, wie die Verteilnetzebene beschleunigt transformiert und Wasserstoff vor Ort genutzt werden kann. Das Verteilnetz spielt eine wesentliche Rolle für die Zukunft der Wasserstoffwirtschaft in Norddeutschland.
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