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Wasserstoff wurde das erste Mal 1766 vom englischen Physiker und Chemiker Henry Cavendish entdeckt, doch noch nicht ganz richtig zugeordnet. Erst rund 20 Jahre später fand der französische Chemiker Antoine Lavoisier Detailliertes heraus. Bei seinem Experiment kondensierte er Wasser und stellte fest, dass die kondensierte Wassermenge geringer ist als die der ursprünglichen Wassermenge. Diese Masse war jedoch nicht verschwunden, sondern lag nun in Form eines Gases - Wasserstoff (H2) - vor. Lavoisier stellte auch fest, dass die Reaktion umkehrbar war, und nannte das Gas hydro-gène, also „Wasser-erzeugend“. Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff wird Wärmeenergie freigesetzt, die in Strom umgewandelt werden könnte.
Doch was genau ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende und kleinste Element des Universums. Es ist ein leichtflüssiges, geruch- und farbloses Gas mit einer sehr geringen Dichte. Auf der Erde kommt es grösstenteils in gebundener Form vor. Am häufigsten erscheint es wohl in Form von H2O - also Wasser. Doch beispielsweise auch in fossilen Rohstoffen sowie in über der Hälfe aller bekannten Mineralien ist Wasserstoff vorhanden.
Wie wird Wasserstoff hergestellt und gespeichert?
Wasserstoff kann mithilfe einer Elektrolyse aus Wasser hergestellt werden. Das Wasser wird dabei unter einem elektrischen Strom in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Man spricht aber nur von grünem Wasserstoff, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen abstammt.
Will man den produzierten Wasserstoff aufbewahren, so muss das auf Grund seiner geringen Dichte unter hohem Druck passieren. Folglich wird gasförmiger Wasserstoff in Druckbehältern gespeichert. Dabei ist zu bemerken, dass Wasserstoff hochentzündlich ist; kommt er in Kontakt mit Sauerstoff, so entsteht eine sogenannte Knallgasreaktion.
Wird nun Strom benötigt, kann dieser mittels Brennstoffzellen aus dem Wasserstoff und Luftsauerstoff produziert werden. Dabei wird Wasserstoff verbrannt und als Abfallstoff fällt lediglich Wasser an. Die Wärmeenergie, welche dabei an die Umgebung freigegeben wird, kann zur Wärmegewinnung eingesetzt werden.
Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, wie der Wasserstoff zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann. Einerseits ist eine grosse, zentrale Anlage möglich, die für die Industrie geeignet wäre. Andererseits sind auch „kleinere“, dezentale Anlagen möglich. Dies wäre geeignet für Wohnhäuser. Eine solche Anlage würde in der Praxis folgende Komponenten benötigen: eine Photovoltaikanlage, einen Elektrolyseur, einen Wasserstoff-Tank und Brennstoffzellen. Wie sinnvoll es wäre, ein solches System in ein Energiesystem zu integrieren, erforschte eine Masterstudentin der ETH-Zürich.
Wasserstoff als Energiespeicher der Zukunft?
In der Schweiz muss im Winter der Strom – trotz Überproduktion im Sommer – importiert werden. Dies will man künftig ändern. Nun wurde eine mögliche Lösung dieses Problems genauer von der Masterstudentin betrachtet; nämlich das sogenannte «Power-to-Hydrogen-to-Power»-System (P2H2P). Der Vorteil davon wäre, dass die Energie auch über längere Zeit ohne Verlust gespeichert werden könnte. Dies im Gegensatz zu anderen Speichermethoden wie z.B. den Batterien.
Die Masterstudentin liess ihre Daten mithilfe einer Software berechnen - einmal für die Gegenwart und einmal für das Jahr 2040. Dabei kam sie zu folgendem Schluss: Heute wie auch 2040 wird diese Lösung wohl noch kein Potenzial haben. Ansonsten müsste die Grösse der Wasserstoff-Tanks massiv reduziert werden, was technologische Verbesserungen verlangt. Allerdings würden das den Preis dieser ohnehin teuren Tanks vermutlich nicht senken.
Hinzu kommt, dass das Schweizer Stromnetz im Vergleich zu anderen europäischen Stromnetzen eher weniger CO2- Emissionen. Woraufhin vermutet wird, dass das P2H2P-System dort besser abschneiden würde als in der Schweiz. In Zukunft muss also noch einiges getan werden um Energie haltbar zu machen.
Empa: Wie machen wir Energie haltbar?
3s: Werden bald in allen Häusern Wasserstoffspeicher stehen?
Chemie.de: Wasserstoff