Bitte volltanken! Mit grünem Wasserstoff in die Zukunft

Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum, enthält als Kraftstoff dreimal mehr Energie und bis zu fünfmal mehr Laufleistung pro Kilogramm als Kraftstoffe aus fossilen Rohstoffen wie Benzin. Gerade für den Transportsektor hat Wasserstoff großes Potenzial. Denn wenn Kraftfahrzeuge mit Wasserstoff angetrieben werden, wird nicht CO2 aus dem Auspuff gepustet, sondern ausschließlich Wasserdampf. Vor dem Hintergrund der Klimakrise klingt das fast zu schön, um wahr zu sein.

Bis zum Einsatz von Wasserstoff im Transportbereich mussten in den letzten Jahren zahlreiche Hürden überwunden werden, insbesondere im Bereich Sicherheit und bei den Kosten für Transport, Lagerung und Vertrieb. Nun aber, sagen Fachleute, sind diese technischen Hürden überwunden und es ist an der Zeit, den sauberen Kraftstoff von morgen an den Zapfsäulen anzubieten.

Leichte Wasserstoffzylinder erhöhen Nutzlast und senken Kosten

Wenn eine Produktion direkt vor Ort nicht möglich ist, muss Wasserstoff im ersten Verteilerschritt gespeichert werden, bevor er vom Produktionsstandort zum Beispiel zu einer Tankstelle transportiert wird.

Ein führender Hersteller und Lieferant von Speicher- und Transportlösungen für Wasserstoff ist die norwegische Firma Hexagon Purus, die einige der weltweit größten Industriegasunternehmen beliefert. Jørn Helge Dahl, Direktor für Vertrieb und Marketing, meint, dass der Schlüssel zum Erfolg seines Unternehmens - und der Revolution des grünen Wasserstoffs generell - die Kostensenkung bei Produktion, Speicherung und Vertrieb von Wasserstoff ist. Bei Speicherung und Transport von Wasserstoff beginnt diese Kostensenkung mit dem Gewicht.

„Die meisten industriellen Anwendungen verwenden derzeit Stahlflaschen für den Wasserstoff-Straßentransport“, erklärt Dahl. „Wir haben einen Leichtzylinder aus Verbundwerkstoff vom Typ 4 entwickelt, der bis zu 75 Prozent leichter ist als diese Stahlzylinder.“

Wenn das Nutzlastvolumen optimiert ist, besteht der nächste Schritt darin, so viel Gas wie möglich in jeden Zylinder zu füllen. Hexagon Purus hat dafür Zylinder entwickelt, die einem Druck von 380 statt bisher 300 bar standhalten. Zudem befindet sich ein Zylinder mit einem Fülldruck von 500 bar in der Entwicklung. Mit diesen neuen Zylindern kann die Nutzlast dann auf das Drei- oder Vierfache gesteigert werden.

Neben dem hohen Gewicht haben Stahlbehälter den Nachteil, dass sie alle zehn Jahre vollständig instandgesetzt werden müssen und diese Wartung sehr kostspielig ist. Daher werden die Zylinder oftmals einfach mit neuen ersetzt. Der Einsatz von mehr Zylindern pro Transport, wie mit der Hexagon-Purus-Lösung möglich, lässt eigentlich höhere Wartungskosten vermuten. Das Gegenteil sei der Fall, so Jørn Helge Dahl:

„Einige einfache Elemente wie O-Ringe müssen möglicherweise während der regelmäßigen Tests ausgetauscht werden. Aber der kostspielige Teil, der Zylinder selbst, hat eine unbegrenzte Lebensdauer. Deshalb ermutigen wir unsere Kunden, langfristig zu denken und die erheblichen Kosteneinsparungen entsprechend der Laufzeit der Wasserstoffbehälter einzukalkulieren.“

Im Übrigen führen Kosteneinsparungen durch verringertes Gewicht, erhöhte Nutzlastkapazität und längere Lebensdauer der Zylinder indirekt auch zu einer Reduzierung der Gesamtumweltbelastung durch grünen Wasserstoff.

Sicherheit an Wasserstofftankstellen

Der industrielle Einsatz von Wasserstoff kann auf eine lange Geschichte der sicheren Anwendung zurückblicken. Dennoch kommen immer leicht Ängste auf, wenn ein Produkt zum ersten Mal eine breitere Verwendung findet. Und in der Tat könnte Wasserstoff bei bestimmten Parametern ein höheres Risikoprofil aufweisen als andere gängige Kraftstoffe. Wasserstoff ist als Molekül und insbesondere als Atom sehr klein und kann beispielsweise leichter durch Materialien wandern als andere Substanzen. Experten sind sich jedoch weitgehend einig, dass die Risiken erfolgreich eingedämmt werden konnten. Thorsten Herbert, Direktor für Marktentwicklung und öffentliche Angelegenheiten des norwegischen Hydrogenspezialisten Nel ASA, erklärt:

Nel hat seinen Hauptsitz in Norwegen und ist der weltweit größte Produzent von Elektrolyseuren für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Darüber hinaus stellt das Unternehmen weitere Produkte innerhalb der Wasserstoff-Wertschöpfungskette her, darunter vollständige Lösungen für Wasserstofftankstellen, die derzeit in über einem Dutzend Ländern zu finden sind.

Doch noch sind Wasserstofftankstellen selten. Daher erklärt Thorsten Herbert, was Verbraucherinnen und Verbraucher bei ihrem ersten Besuch erwartet: „An der Zapfsäule bemerkt man keinen Unterschied zwischen Wasserstoff und Benzin. Ähnliche Betankungszeit, ähnliche Reichweite pro Tank, und vielerorts werden die Kosten auf ein ähnliches Niveau wie bei Benzin subventioniert, um dem Markt zu helfen, eine gewisses Volumen zu erreichen.“

Hinter dieser einfachen Handhabung von Wasserstoff verbirgt sich allerdings ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand. So bringt die patentierte Kompressortechnologie von Nel die Wasserstofftanks der Tankstelle nach jedem Auftanken und vor dem nächsten Nachfüllen schnell wieder auf den richtigen Druck. Nel hat die tägliche Nachfüllkapazität in den vergangenen zehn Jahren um das Zehnfache erhöht.

Eine führende Rolle bei der Wasserstoffverteilung

Nachdem die Hürden in Sachen Sicherheit, Logistik und Technik inzwischen überwunden sind, bleibt nach Meinung des Nel-Managers Herbert eine letzte Hürde, die dem Ausbau von Wasserstofftankstellen im Wege steht.

„Die eigentliche Herausforderung ist hier das klassische Henne-Ei-Szenario. Verbraucher entscheiden sich heute nicht für Wasserstoffautos, weil es noch wenige Modelle gibt. Die Autohersteller sagen, dass es zu wenig Nachfrage gibt, um die Entwicklung neuer Wasserstoffmodelle zu rechtfertigen.“

Bei Wasserstofftankstellen gilt das Gleiche. Weil nicht genügend Wasserstoffautos auf der Straße sind, gibt es kaum einen Anreiz, eine Tankstelle zu bauen. Weil es so wenig Tankstellen gibt, ist die Nachfrage nach Wasserstoffautos so gering.

Obwohl nicht ohne Risiko, sieht Herbert für sein Unternehmen Nel nur einen einzigen Weg, dieses Henne-Ei-Problem zu lösen, nämlich in Führung zu gehen.

„Weltweit wurden 2020 107 neue Wasserstofftankstellen in Betrieb genommen. Unsere neue Produktionsstätte kann aber 300 Tankstellen pro Jahr produzieren“, erklärt Herbert. „Wir übernehmen ein Risiko, aber es ist auch eine Investition, die Nel für den bevorstehenden Markhochlauf stark positioniert.“

Wasserstoff dekarbonisiert Schwerlasttransport

Thorsten Herbert verweist auf die ehrgeizige EU-Wasserstoffstrategie, die eine massive Steigerung von Produktion und Implementierung von grünem Wasserstoff in Industrie und Verkehr fordert. Dies sei ein ausreichender Grund, ein solches Risiko einzugehen. Gemeinsam mit der neu eingerichteten und gut finanzierten European Clean Hydrogen Alliance verzeichnet der Wasserstoffsektor bereits zahlreiche Aktivitäten, und in ganz Europa bemühen sich die Akteure um H2-Projekte.

Die derzeitige Produktion von Hexagon Purus ist zurzeit gleichmäßig aufgeteilt zwischen Industriegaskunden und Mobilitätskunden. Besonders letztere sehen spannenden Entwicklungen entgegen, jetzt, da die Dekarbonisierung des globalen Verkehrssektors beginnt. Im Jahr 2020 unterzeichnete Hexagon Purus eine Rahmenvereinbarung mit dem dänischen Unternehmen EverFuel, die den Eintritt in Märkte wie Dänemark, die Niederlande und Norwegen zur Distribution von Wasserstoff zwischen Produktionsstätten und Tankstellen vorsieht.

Besonders der Schwerlasttransportsektor nehme Fahrt auf, erläutert Jørn Helge Dahl von Hexagon Purus, denn Wasserstoff sei als Antriebsform für größere Fahrzeuge derzeit viel praktischer als Batterien. Um die Anforderungen an Nutzlast und Reichweite zu erfüllen, müssten die Batterien für Lkw größer werden, was wiederum eine längere Ladezeit bedeute. Dies sei schließlich unwirtschaftlich, weshalb bei immer mehr kommunalen Fahrzeugen wie Bussen, Lieferfahrzeugen und Müllautos Wasserstoff eingesetzt werde.

Trotz dieser Entwicklungen: Wasserstoffautos brauchen einen Durchbruch. Die wenigen Fahrzeuge, die zurzeit unterwegs sind, werden von engagierten Einzelpersonen und Unternehmen betrieben. Da aber nach und nach mehr Modelle auf den Markt kommen, sieht Thorsten Herbert von Nel auch Wettbewerbsvorteile für Wasserstoff. Diese könnte sogar den Marktanteil von Elektrofahrzeugen verringern.

„Es ist viel einfacher, eine lokale Region mit Wasserstoffstationen abzudecken, als Schnellladegeräte für Elektrofahrzeuge zu bauen. Und wenn das Stromnetz nicht mit emissionsfreien erneuerbaren Energien betrieben wird, verursachen Elektrofahrzeuge indirekte Treibhausgasemissionen. Fahrzeuge, die mit grünem Wasserstoff betrieben werden, emittieren jedoch immer nur Wasser.“