In den entwickelten Industriegesellschaften herrscht Konsens über die Notwendigkeit regenerativ erzeugter Energie und deren gleichmäßiger Verteilung. Dass dies möglichst verlustfrei geschehen soll und auch möglichst ohne industrielle Zweckkonstrukte wie Windrad, Solarfeld und Hochspannungstrasse, darüber ist man sich weitgehend einig.
So kommen wir zu der einen Frage, deren Beantwortung über das Gelingen der Dekarbonisierung, also des Umstiegs von fossilen auf erneuerbare Energien, einem Hauptpfeiler der Energiewende, einem zentralen Mittel des Klimaschutzes entscheidet:
WIE KANN ENERGIE IM BENÖTIGTEN UMFANG REGENERATIV ERZEUGT UND GLEICHMÄSSIG UND KONSISTENT BEREITGESTELLT WERDEN?
Sowohl die heute diskutierten als auch die in Umsetzung befindlichen Konzepte liefern hierzu meist nur unbefriedigende Antworten, denn entweder sind die Transportwege zu lang, zu kostenintensiv, zu verlustbehaftet oder Kulturlandschaften müssen in unliebsamer Weise mit Energietechnik ausgestattet werden. Dabei gilt die Energieerzeugung durch Windparks auf hoher See mit anschließender Verteilung des Stroms per Erdkabel ins Landesinnere als beliebter Ansatz, denn da liegt die Produktionstechnik fernab jeder Kulturlandschaft und die Leitungen sieht man nicht. Die zusätzlichen technologiebedingten Transportverluste scheint man hierbei gerne in Kauf zu nehmen, und von den ohnehin bestehenden überbordenden Verlusten unseres heutigen Netzsystems wissen nur wenige. Für den Ausgleich der natürlichen Schwankungen bei der dargebotsabhängigen Energieproduktion aus Wind und Sonne scheint sich parallel dazu eine vielversprechende Lösung abzuzeichnen.
REGENERATIVEN STROM EINFACH SPEICHERN
Das überschaubare Spektrum an Möglichkeiten zur Speicherung regenerativ erzeugten Stroms bot lange Zeit keine passenden Ansätze. Bei großen Batteriespeicheranlagen überwiegen die hohen Kosten und für das so genannte Smartgrid fehlt auf absehbare Zeit die ausreichende Anzahl an E-Fahrzeugen, die innerhalb des „intelligenten Netzes“ den Strom speichern könnten. Und sowohl unterirdische Druckluftspeicher als auch Pumpspeicherseen können nur begrenzte Teillösungen sein – bedingt durch geologische Rahmenbedingungen und die stark begrenzte Speicherdichte.
Doch die Speicherung von Strom in Wasserstoff scheint eine umfassende Lösung darzustellen, denn Wasserstoff kann mittels elektrischer Energie überall, einfach und sauber erzeugt werden und die Dynamik, die dieses Thema durch die LOHC-Technologie* seit einiger Zeit erfährt, lässt aufhorchen. Denn jetzt gilt eines der beiden vermeintlichen Hauptprobleme des Wasserstoffs als gelöst, nämlich die Speicherung, und das andere Problem scheint keine Rolle mehr zu spielen – der geringe Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse. Bei der medienwirksamen Einweihung einer ersten Wasserstoffspeicheranlage auf LOHC-Basis sagte die Bayerische Staatsministerin für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, Ilse Aigner am 29.01.2016 in Erlangen: „Für uns ist LOHC ganz klar auch eine Zukunftstechnologie und kann, wahrscheinlich muss es auch, ein wichtiger Baustein für die Energiewende werden.“ Der Freistaat Bayern ist mit dem „Bavarian Hydrogen Center“, in dessen Zentrum die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg steht, Förderer dieser Technologie.
LOHC, DER FLÜSSIGE, ORGANISCHE WASSERSTOFFTRÄGER
Wasserstoff hat eine Reihe positiver Eigenschaften. Verbrennt man ihn beispielsweise, entsteht kein Abgas, sondern Wasser. Und nein, Wasserstoff ist nicht radioaktiv. Bis heute gilt jedoch die Speicherung des unter normalen Bedingungen gasförmigen Stoffs als problematisch, denn die hierzu notwendige Komprimierung des Gases auf 700 bar oder entsprechend die Herabkühlung auf minus 253 Grad erfordert nach allgemeinem Kenntnisstand zusätzlichen Energieaufwand – hier wird mit Verlusten von rund 12 Prozent gerechnet. Darüber hinaus gelingt dessen Speicherung unter hohem Druck aufgrund trotz der geringen Größe des Wasserstoffatoms erst in jüngerer Zeit, denn erst High-Tech-Materialien ermöglichen es, Bauteile einer Tankanlage gegen ein Austreten in Dampfform vollständig abzudichten auch in Druckbehältern, die aus handelsüblichen Stählen gefertigt sind. Die Diffusion von Wasserstoff findet dabei in einer vernachlässigbaren Größenordnung statt (27.06.2017: Textänderung aufgrund anderer Erkenntnisse). Doch schon die Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe von Strom per Elektrolyse ist in Wissenschafts-, Ingenieurs- und Politikerkreisen eben aufgrund des geringen Wirkungsgrads von meist angenommenen 70 Prozent unbeliebt (30 Prozent der Energie gehen verloren), das heißt, sie war unbeliebt, denn seit LOHC spielt dieser Faktor, dieses Argument, das lange Zeit gegen die kommerzielle Nutzung von Wasserstoff als Energieträger vorgetragen wurde, vielerorts keine Rolle mehr. Die Firma Hydrogenious Technologies GmbH** aus Erlangen schreibt hierzu in der Pressemitteilung vom 01.02.2016: „Im Rahmen der Einweihung wurde die LOHC Technologie zur sicheren und effizienten Wasserstoffspeicherung einem breiten Publikum aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft vorgestellt – ein Quantensprung auf dem Weg zu einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft.“
LOHC IN DER THEORIE
Das Gesamtsystem der regenerativen LOHC-Technologie besteht aus zwei Teilen. Ein Teil ist seit dem 19ten Jahrhundert bekannt, heißt Elektrolyse und besteht in unserem Fall in der Aufspaltung von Wasser in seine beiden gasförmigen Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff durch die Zugabe von elektrischem Strom. Der andere Teil umfasst die eigentliche Innovation der 1970er Jahre, nämlich die Speicherung des so entstandenen Wasserstoffgases in einer Flüssigkeit und deren reversible Nutzung.
Hierzu wird eine geeignete Trägerflüssigkeit im Prozess der so genannten LOHC-Hydrierung mit Wasserstoff „beladen“. Die Wasserstoffmoleküle werden hierbei in entsprechenden Reaktoren chemisch an das flüssige Trägermaterial gebunden – mittels katalytischer Reaktion bei 50 bar Druck, wobei rund 150°C nutzbare Abwärme entsteht. Ist das LOHC beladen, kann es als Kraftstoff z. B. für Brennstoffzellen genutzt werden, durch die bei Bedarf über die so genannte Rückverstromung Elektrizität gewonnen wird. Der Wirkungsgrad vom Moment der Abführung der elektrischen Energie aus dem Stromnetz über die Elektrolyse, die Hydrierung, die Speicherung, die Dehydrierung bis zur Endnutzung beispielsweise im PKW soll laut der Hydrogenious Technologies GmbH aktuell bei 26 bis 28 Prozent und künftig bei bestenfalls 43 Prozent liegen. Hydrogenious wirbt damit, dass hier die herkömmliche Energieinfrastruktur mit ihren Tankfahrzeugen, Pipelines und Tankstellen genutzt werden kann. Nachdem die mit Wasserstoff beladene Flüssigkeit in der Brennstoffzelle in elektrischen Strom zurückgewandelt also entladen wurde, kann die Flüssigkeit erneut aufgeladen werden (Reversibilität). Letzten Endes ließe sich mit LOHC also alles betreiben, was in der modernen Welt Energie benötigt, denn nicht nur Fahrzeuge sondern auch Industrieanlagen und Großkraftwerke zur Rückverstromung bei Wind- und Sonnenflauten können auf diese Weise versorgt werden – theoretisch .
LOHC IN DER PRAXIS
Das LOHC-System birgt neben dem aktuell eher unbefriedigenden Wirkungsgrad weitere Nachteile, von denen einer die Notwendigkeit sechsmal größerer Tanks bei gleicher Reichweite unserer heutigen Fahrzeuge darstellen würde, doch das auch nur bei Erfüllung des langfristigen Entwicklungsziels der Hydrogenious GmbH. So wären in entsprechenden PKWs heute Tanks erforderlich, die rund 25 Mal so groß wären wie üblich, was daran liegt, dass der Energiegehalt von LOHC um ein vielfaches geringer ist als der von Diesel oder Benzin. In der Öffentlichkeit kursiert dabei die Information über lediglich doppelt so große Tanks, wobei böse Zungen behaupten, dies läge an der Nichtbeherrschung der Grundrechenarten. Mit den deutlich zu großen Tanks sind wir jedoch noch nicht am eigentlichen Problem. Das eigentliche Problem ist, LOHC soll nun doch nicht in die Autos getankt werden, denn laut Auskunft von Hydrogenious Technologies ist dies technisch noch nicht umsetzbar. Es sollen lediglich die Tankstellen mit LOHC beliefert werden. An den Tankstellen soll das LOHC schließlich dehydriert und der so freiwerdende gasförmige Wasserstoff in die Fahrzeuge verbracht werden. Daniel Teichmann, Gründer und Geschäftsführer von Hydrogenious zur Bayerischen Staatszeitung (17.10.2014): „Ein großer Vorteil von LOHC ist, dass kein Gas zum Einsatz kommt und es darum völlig ungefährlich ist.“ Nun doch Gas? Ja. „An der Tankstelle wird sie (die beladene Flüssigkeit; Anm. d. Autors) dehydriert und der Wasserstoff unter Druck ins Auto getankt.“, wie Hydrogenious am 29.03.2016 per E-Mail zu verstehen gab.“ Wenn man bedenkt, dass sowohl der Energieaufwand für das Unter-Druck-Setzen, also die Komprimierung des Gases zur Speicherung, als auch das Fehlen der technischen Möglichkeiten zur Aufbewahrung unter entsprechenden Drücken sowie die oft kolportierte Gefährlichkeit gasförmigen Wasserstoffs einst der Auslöser für die Entwicklung von LOHC war, muss hier die Frage über die Sinnhaftigkeit dieser Technologie gestellt werden, die wohl auf Basis des nun folgenden Sachverhalts vollständig beantwortet werden kann.
Bei der Trägerflüssigkeit handelt es sich um Dibenzyltoluol, um einen flüssigen organischen Kohlenwasserstoff, um ein Produkt der Mineralölindustrie. Auch Benzin ist ein Kohlenwasserstoff. Auf der Internetseite der Hydrogenious Technologies GmbH steht zu Dibenzyltoluol aktuell: „Nicht toxisch und nicht als Gefahrgut klassifiziert.“ Doch bedauerlicherweise steht dies im Widerspruch zu anderen Veröffentlichungen wie beispielsweise einer vom Umweltbundesamt. Laut diesem wird Dibenzyltoluol auf der Liste der problematischen Stoffe aufgeführt und laut EU-Gefahrstoffkennzeichnung ist Dibenzyltoluol unter folgenden Gesichtspunkten umweltgefährlich: R 50 – Sehr giftig für Wasserorganismen. R 53 – Kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben. S 24 – Berührung mit der Haut vermeiden. Und die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) warnt gar wie folgt: P405 – Unter Verschluss aufbewahren. P273 – Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301 – Bei Verschlucken: P310 – Sofort Giftinformationszentrum, Arzt oder … anrufen. P330 – Mund ausspülen. P331 – Kein Erbrechen herbeiführen. H304 – Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. H413 – Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung. Und bei der Alternative zum Dibenzyltoluol, beim N-Ethylcarbazol als Trägerflüssigkeit zur Wasserstoffspeicherung innerhalb der LOHC-Technologie verhält es sich leider ähnlich.
Bedenkt man jetzt, dass allein in Deutschland im Straßenverkehr jährlich rund 60 Milliarden Liter Benzin und Diesel verbraucht werden, kann unter Berücksichtigung des Erörterten mit einer einfachen Rechnung ermittelt werden, auf welchen enormen Mengen giftiger Substanzen das LOHC-Konzept aufbaut. Allein für den Energiebedarf des deutschen Straßenverkehrs müssten heute 1,5 Billionen Liter der Umweltgifte Dibenzyltoluol und/ oder N-Ethylcarbazol produziert werden und kursieren. Dies lediglich zur Veranschaulichung einer Vergleichsgröße, wobei der Straßenverkehr nur rund ein Viertel des Gesamtenergieverbrauchs ausmacht.
Damit wird klar, dass per LOHC der Teufel mit dem Beelzebub ausgetrieben, also Benzin und Diesel durch Dibenzyltoluol und N-Ethylcarbazol ersetzt werden soll. Auch wird klar, wie es dazu kommen kann, dass ein derartig schlechtes Konzept aktuell derart gehypt wird und die entsprechende Firma Hydrogenious Technologies GmbH 2014 im Handumdrehen mit dem begehrten Bayerischen Gründerpreis ausgestattet wurde: es liegen wirtschaftliche Interessen im Hintergrund – die Interessen der zu den mächtigsten Wirtschaftszweigen der Welt zählenden Mineralöl- und Chemieindustrien.
FAZIT
Obwohl man lange Zeit damit warb, ist man seitens der Verantwortlichen von der Idee abgekommen, LOHC wie Benzin in Fahrzeuge tanken zu wollen – wohl aufgrund der 25 mal größeren Tanks, die hierzu derzeit nötig wären. Das Speicherproblem, von dem alle Welt spricht, ist dennoch lösbar, wenngleich nicht auf Basis von LOHC. Reiner, gasförmiger Wasserstoff ohne Chemikalien genügt.
Die entsprechenden Technologien existieren, was leicht recherchiert werden kann, und sie machen Wasserstoff sicherer als Benzin, auch wenn das gerne anders dargestellt und die Angst vorm Wasserstoff aus verschiedenen Interessen heraus immer wieder geschürt wird. Die Speicherung von Wasserstoff unter den notwendigen Drücken stellt mit entsprechenden High-Tech-Materialien heute kein Problem mehr dar (27.06.2017: Textänderung aufgrund anderer Erkenntnisse). Selbst das tragende Argument seitens der LOHC-Befürworter gegen reinen Wasserstoff, nämlich der angenommen hohe Zusatzaufwand für die Komprimierung des Gases zur Speicherung gilt nicht mehr, zumal die Komprimierung gasförmigen Wasserstoffs und dessen Betankung mittlerweile zu Bestandteilen des LOHC-Konzepts avanciert sind. Seit einiger Zeit finden zur Komprimierung und Speicherung von gasförmigem Wasserstoff zudem Entwicklungen statt, die die Druckspeicherung ohne zusätzlichen Energieaufwand ermöglichen.
Im Jahr 2011 wurde hierzu von einem Energienovum-Mitglied ein Konzept entwickelt, das mittlerweile patentiert ist zwischenzeitlich zum Patent angemeldet wurde (27.06.2017: Textänderung aufgrund anderer Erkenntnisse). 2014 wurde bei einem entsprechenden Versuch mit dem Ziel von 100 bar ein Speicherdruck von 175 bar erzielt – mit einfachen technischen Mitteln und, wie erwähnt, ohne zusätzlichen Energieaufwand. Verständlich ist, dass es für die Vielzahl an fähigen Leuten, die sich für LOHC engagieren, nur schwer zu akzeptieren ist, dass sich die technischen Rahmenbedingungen in den letzten Jahren gegen LOHC wandten. Die Zeichen stehen nun auf reinen Wasserstoff.
In einer Zeit des gesellschaftlichen und infrastrukturellen Übergangs kann reiner Wasserstoff unter Zugabe überschüssigen Kohlendioxids sogar zu Methan gewandelt und bereits heute überall genutzt werden, was beispielsweise Audi mit seiner Power-to-Gas-Großanlage in Werlte im Emsland eindrucksvoll unter Beweis stellt. Nur stellt sich die Frage, warum dabei seit Längerem kein Fortschritt mehr bei der Implementierung in die deutsche Energiewende zu beobachten ist. Liegt es am schlechten Wirkungsgrad von Power-to-Gas oder am mangelnden Interesse der bisherigen Platzhirsche im Energiesektor, denen am Fortbestand der alten Regeln gelegen ist? Am Wirkungsgrad liegt es schon mal nicht, denn der ist besser als beim LOHC.
Auch das eigentliche H2-Energiekonzept zeigt für ganz Europa auf, mit welcher, deutlich über den Werten von LOHC liegenden Effizienz reiner, gasförmiger Wasserstoff heute und morgen genutzt werden kann – frei von Erdölprodukten, frei von Chemikalien für Trägerflüssigkeiten und Batterien. Konzepte wie das H2EK bieten nebenbei die einmalige Gelegenheit, uns vom veralteten und verlustreichen Netzsystem der Stromübertragung sukzessive abzukoppeln, denn sie bauen nicht darauf auf und benötigen es auch nicht, während es beim LOHC-Konzept Bestandteil ist.
Ilse Aigner tat gut daran, sich mit ihren Formulierungen während der weiter oben erwähnten Einweihung der LOHC-Anlage ein Hintertürchen offen zu halten, denn LOHC ist weder eine neue Alternative, noch ein neuer Zauberspritt, sondern leider ein neuer Irrweg, der den reinen und hochpotenten Wasserstoff einmal mehr in schlechtes Licht rücken könnte. Wir würden uns wünschen, dass jene, die mit Fleiß und Herzblut an der Erarbeitung und der Verwirklichung des LOHC-Konzepts beteiligt sind, die Größe besitzen, dieser Technologie ohne rechte Zukunft rechtzeitig den Rücken zu kehren.
Es gibt ein weites Spektrum an Konzepten, die dem sauberen und hochpotenten Energieträger Wasserstoff in einer Form den Weg ebnen können, die dem Endverbraucher bereits mittelfristig kaum mehr Kosten verursacht, während bei LOHC heute von Kosten von unter 5,- Euro pro Liter gesprochen wird.
Vor den falschen wirtschafts- und energiepolitischen Entscheidungen warnen wir deshalb eindringlich, denn sie werden sich über einen langen Zeitraum hinweg erheblich auf unsere Lebensqualität auswirken – sowohl finanziell als auch was Klima und Umwelt anbelangt. LOHC eignet sich bestenfalls dafür, damit Öffentlichkeitsarbeit für Wasserstoff als Energieträger zu betreiben, und dafür, für einen kurzen Zeitraum in eng umgrenztem Rahmen eine Übergangstechnologie darzustellen, und vielleicht sogar dafür, um Konzerne wie Areva mit dem Medium Wasserstoff vertraut zu machen und von der Kernenergie abzubringen. Doch sowohl für Mensch und Umwelt als auch für die freie Entfaltung der Wasserstoffgesellschaft ist LOHC in der Form, wie es heute vorliegt, Gift.
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* Als flüssige organische Wasserstoffträger (englisch: liquid organic hydrogen carriers, LOHC) werden organische Verbindungen bezeichnet, die Wasserstoff durch chemische Reaktion aufnehmen und wieder abgeben können. LOHCs können daher als Speichermedien für Wasserstoff verwendet werden. (Quelle: Wikipedia)
** Hydrogenious Technologies wurde im Jahr 2013 als Spin-off der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg von CEO Dr. Daniel Teichmann und drei Mitgründern Prof. Wolfgang Arlt, Prof. Peter Wasserscheid und Prof. Eberhard Schlücker gegründet.
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