Perspektiven einer künftigen Wasserstoffproduktion
Verfahren - Mengen - Preise

Dr.-Ing. Ulrich Bünger
Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH

Vortrag gehalten anläßlich der Fachtagung
„Die Zukunft des Wasserstoffs muß heute beginnen"
der SPD-Landtagsfraktion Bayern

6. Oktober 1997, Deutschen Museum München/Forum der Technik

Heute werden weltweit etwa 500 Mrd Nm³ Wasserstoff pro Jahr verbraucht, was, auf das Volumen bezogen, etwa ¼ des weltweiten Erdgasverbrauches entspricht. Während in Europa 47 Mrd. Nm³ (davon 20 Mrd Nm³ in Deutschland) jährlich verbraucht werden, beträgt der Anteil des Handelswasserstoffes (flüssig und gasförmig) in Deutschland daran etwa 3 Mrd Nm³ pro Jahr.

Heute wird Wasserstoff ausschließlich als Industriegrundstoff eingesetzt, künftig wird er auch als Energieträger an Bedeutung gewinnen. Der Grund dafür ist die fast vollständige Emissionsfreiheit der Nutzungstechnologien von Schadstoffen mit lokaler Bedeutung (NO_x, CO, SO₂, Partikel, etc.). Der zunächst als Nachteil erscheinende notwendige Energiebedarf zu seiner Herstellung entpuppt sich bei genauerer Betrachtung als Vorteil; abhängig von der Wahl der Einsatzenergie kann Wasserstoff völlig regenerativ, d.h. auch ohne Emissionen globaler Schadstoffe (CO₂) hergestellt werden. Er kann somit eine Doppelfunktion erfüllen: als universeller Kraftstoff in mobilen und stationären Anwendungen und als in regenerativen Energiesystemen unentbehrliches Energiespeichermedium.

Wasserstoff-Produktionsverfahren lassen sich nach Ausgangsstoff, eingesetzter Energie, zu Grunde liegendem Herstellungsprinzip, industrieller Bedeutung des Verfahrens, Verwendungszusammenhang oder Grad der Umweltbeeinflussung klassifizieren.

Grundsätzlich kommt Wasserstoff wegen seiner hohen chemischen Reaktivität in der Natur nur gebunden vor (in Wasser und Kohlenwasserstoffen). Man kennt heute eine große Zahl von Wasserstoff-Produktionsverfahren, von denen die Erdgasdampfreformierung das industriell weit verbreitetste und die Elektrolyse von Wasser das bekannteste großtechnische Verfahren darstellen. Weitere relevante konventionelle Verfahren sind die thermische Erdgasspaltung im Plasmabogen (Kværner-Prozeß) und die Kohlevergasung (Lurgi- und Koppers-Totzek Verfahren). Als regenerative Verfahren werden z.Zt. auch die Vergasung von Biomasse und photobiologische Prozesse entwickelt. Zahlreiche weitere Verfahren wurden bereits realisiert, die jedoch jeweils nur für spezielle Anwendungen sinnvoll sind und nach heutigen Erkenntnissen keine industrielle Bedeutung erlangen werden.

Die spezifischen Wasserstoff-Produktionskosten sind heute am geringsten für die Erdgas-Dampfreformierung (5 US$/GJ) und am höchsten für die photovoltaische betriebene Wasser-Elektrolyse (47 - 104 US$/GJ). Zu den Verfahren mit den geringsten Kosten zählen auch Großwasserkraft-Elektrolyse (12 US$/GJ) und die Biomassevergasung (13 US$/GJ).

Bei Überlegungen zu einer Einführung von Wasserstoff als Energieträger ist die Einführungsstrategie von größter, da langfristig zu planender, Bedeutung, die sich für den mobilen und stationären Einsatz durchaus unterscheiden können. Ein Umweg über kohlenstoffhaltige Ausgangsstoffe auf dem Weg zu einer regenerativen Wasserstoff-Energiewirtschaft kann zur Schaffung einer flächendeckenden Versorgungsinfrastruktur daher sinnvoll sein. So ist z.B. auch der insbesondere mit regenerativem Strom betriebene Kværner-Prozeß (Deponierung des entstehenden festen Kohlenstoffes) wenn auch nicht als regenerativ, so doch als klimaneutral einzustufen.

Ein mögliches Szenario einer sinnvollen Langfriststrategie zum Betrieb von wasserstoffgetriebenen Fahrzeugen besteht in den drei Schritten a.) Wasserstoffproduktion an Bord des Fahrzeugs aus Kohlenwasserstoffen, b.) stationäre Wasserstoffproduktion aus Kohlenwasserstoffen und Speicherung als Wasserstoff an Bord des Fahrzeugs (Alternative: Methanol) und c.) Wechselkartuschensystem für Wasserstoff auf Basis von Graphit-Nanofasern.

Der industrielle Wasserstoffbedarf , z.B. in der Mineralölverarbeitung, wird in den nächsten Jahren weiter wachsen. Die Entwicklung von Technologien für einen weitverbreiteten energetischen Wasserstoffeinsatz von der Herstellung bis zur Anwendung wird dabei von den bereits gemachten industriellen Erfahrungen profitieren. Als langfristig sinnvolle Wasserstoff-Produktionsverfahren kommen die mit regenerativem Strom versorgte Elektrolyse von Wasser, die Biomassevergasung und die photobiologische Wasserstoffproduktion in Frage. Neue Werkstoffentwicklungen, wie z.B. an Feststoffelektrolyten für die Wasserelektrolyse werden den regenerativen Verfahren künftig neue Märkte in dezentralen Anwendung in Industrie- und Entwicklungsländern erschließen.