Wasserstoff und Brennstoffzellen. Sven GeitmannЧитать онлайн книгу.
„Die regenerativen Energiequellen mit ihren direkten und indirekten Nutzungsmöglichkeiten sind aus technischer Sicht grundsätzlich in der Lage, alle heute und in Zukunft benötigten Sekundärenergieträger beziehungsweise Nutzenergieformen bereitzustellen. Von den 3 regenerativen Energiequellen solare Strahlung, Geothermie und Gezeitenkraft weist die Sonnenenergie bei weitem das größte Potenzial auf.“ [Enquete-Kommission, 2002]
Die Bedeutung der regenerativen Energieerzeugung für die Zukunft ist demnach sowohl auf deutscher als auch auf europäischer Ebene erkannt worden. Das liegt nicht zuletzt daran, dass mittlerweile auch die Wirtschaft maßgeblich von dieser Entwicklung profitiert. Um 20 Prozent ist der Gesamtumsatz dieser Branche allein von 2000 auf 2001 gewachsen, und zwar auf rund 8,2 Mrd. Euro. Die einzelnen Sparten haben dabei Anteile wie in Tabelle 6 zu sehen sind.
Auch die Zahl der Arbeitsplätze im Bereich der erneuerbaren Energien ist deutlich gestiegen. Heute sind etwa 135.000 Menschen in diesem Wirtschaftszweig beschäftigt (Stand: Frühjahr 2004).
Diese Beschäftigungszahlen (s. Abb. 7) umfassen direkte und indirekte Arbeitsplätze einschließlich vorgelagerter Produktionsketten, Planung, Wartung usw. Allein im Bereich der Windkraft gibt es rund 40.000 Arbeitsplätze, im Bereich der Biomasse circa 50.000 und bei der Solarenergie (Strom und Wärme) rund 18.000.
TAB. 6: BRANCHENUMSATZ 2001
Im Weißbuch für Erneuerbare Energien wird von Seiten der EU bis 2010 mit 500.000 bis 900.000 Arbeitsplätzen gerechnet.
ABB. 7: VERGLEICH DER ARBEITSPLÄTZE IM ENERGIESEKTOR 2002
Quelle: Jahrbuch EEG 2002/03, u.a.
Diese Entwicklung wird voraussichtlich noch weiter anhalten. Sowohl der Umsatz in diesem Bereich als auch die Anzahl der Arbeitskräfte wird weiter steigen, so dass diese Branche zunehmend mehr an wirtschaftlicher Bedeutung gewinnen wird.
Damit auch die Umweltbilanz möglichst zügig an dieser Entwicklung partizipieren kann, bieten sich bei der Energieversorgungs- und Fahrzeugtechnik für eine kurz- und mittelfristige Schadstoffreduzierung zwei Wege an:
1. Die eine Variante ist die weitere Optimierung bereits vorhandener Techniken. Dies wäre der Versuch, im Prinzip voll ausgereifte Technologien, die mittlerweile über 100 Jahre an Entwicklung hinter sich haben, so zu verbessern, dass die Effizienz noch weiter steigt und im Gegenzug die Emissionen noch weiter sinken. Dies bringt jedoch gewisse Schwierigkeiten mit sich, weil die Potentiale schon weitgehend ausgereizt sind. Die Motoren- und Anlagen-Technik stößt bereits jetzt an Grenzen, so dass eine weitere Anhebung der Wirkungsgrade nur noch geringfügig möglich ist.
2. Die andere Variante ist die verstärkte Nutzung von bisher noch nicht vollständig etablierten Energieträgern wie zum Beispiel Biodiesel, Rapsöl, Erdgas, Flüssiggas und Methanol. Die Technik für derartige Kraftstoffe ist vorhanden, aber noch nicht so weit ausgereift wie bei Benzin und Dieselöl. Es bietet sich aber die Möglichkeit, mit sofortiger Wirkung den Schadstoff-Ausstoß zu verringern, weil selbst Erdgas umweltschonender verbrennt als Erdöl. Darüber hinaus können auf diesem Weg die Mineralölvorkommen geschont werden, damit diese noch möglichst lange für andere (sinnvollere) Zwecke genutzt werden können. Die Europäische Kommission hat in diesem Zusammenhang das Ziel herausgegeben, bis 2020 mindestens 20 Prozent der Brennstoffe im Straßenverkehrssektor durch alternative Kraftstoffe zu substituieren, und von Seiten der Mineralölkonzerne wird bereits in Langzeit-Szenarios eingeplant, dass die erneuerbaren Energien in einigen Jahren etwa ein Drittel des weltweiten Energiebedarfs decken werden. [Köpke a, 2003]
Mittel- bis langfristig (5 bis 10 Jahre) steht die Etablierung einer zukünftig möglichen Wasserstoffwirtschaft zur Diskussion, bei der Wasserstoff als Sekundärenergieträger, also als Energiespeicher dient. Um bereits vorher ausreichend Erfahrungen mit Brennstoffzellen und Wasserstoff-Generatoren sammeln zu können, bieten sich alternative Kraftstoffe wie Methanol, Erdgas oder synthetisches Benzin an. Weil jedoch vorerst Wasserstoff noch nicht in großen Mengen auf ökologische Weise erzeugt werden kann, könnte dieser mit Hilfe jener alternativen Kraftstoffe durch Reformierungsprozesse erzeugt und für stationäre sowie für mobile Anwendungen genutzt werden.
Aus heutiger Sicht erscheint eine Mischung verschiedener Wege im Übergang von der fossilen zur erneuerbaren Energiewirtschaft am wahrscheinlichsten. Es wird zukünftig so aussehen, dass in einigen Bereichen sofort erneuerbare Energien in verstärktem Umfang verwendet werden, während andere Bereiche zunächst auf Erdgas oder Methanol wechseln, um langfristig beispielsweise beim Biogas zu landen (weiteres unter Kap. 15 Ausblick).
Als Zukunftsvision, die mittlerweile in greifbare Nähe gerückt ist, gilt das Modell Islands. Die dortige Regierung hat bereits erklärt, baldmöglichst den Wechsel zu einer Wasserstoffwirtschaft in Angriff nehmen zu wollen. Es sind bereits zahlreiche Projekte zum Beispiel mit Brennstoffzellenbussen im Gange, und langfristig soll die gesamte Fischereiflotte auf Wasserstoffbetrieb umgestellt werden (s. Kap. 15.7 Island-Modell).
2.8 Solare Wasserstoffwirtschaft
Dass dem Wasserstoff beim Thema Energie in den kommenden Jahren eine zunehmende Bedeutung beigemessen werden muss, ist mittlerweile kaum noch zu übersehen, auch wenn die Entwicklung nicht ganz so rasch voranschreitet, wie noch vor wenigen Jahren prognostiziert wurde. Im Zusammenhang mit einer zukünftigen Wasserstoff-Wirtschaft fällt insbesondere der Sonne eine zentrale Bedeutung zu, weswegen häufig von der „solaren Wasserstoff-Wirtschaft“ gesprochen wird. Ein erstes so benanntes Konzept hatte seine Ursprünge bereits in den fünfziger Jahren.
Die Sonne ist die größte und ergiebigste Energiequelle, die der Menschheit aus heutiger Sicht zur Verfügung steht. Selbst in der Entfernung, in der die Erde um die Sonne kreist (150 Mio. Kilometer), liefert sie ohne Unterlass enorme Energiemengen in Form von Strahlungsenergie.
Die Sonne spendet unserem Globus Tag für Tag die 15.000-fache Menge des täglichen Primärenergie-Bedarfs der gesamten Erdbevölkerung. So ließe sich zum Beispiel mit Solar-Kraftwerken auf einer Fläche von 3 Prozent der Sahara der Energiebedarf Europas und Afrikas decken.
Hinter dem Begriff „solare Wasserstoff-Wirtschaft“ verbirgt sich die Idee, dass die Sonnenenergie nicht nur genutzt wird, um über Photovoltaik Strom oder über Solarthermie warmes Wasser zu erzeugen. Der eigentliche Ansatz ist vielmehr, die Sonnenenergie zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden.
Da Wasserstoff als Element ungebunden in der Natur nicht vorkommt und nur unter Energieeinsatz erzeugt werden kann, stellt sich die Frage, wo die benötigte Energie für die Erzeugung von Wasserstoff herkommen kann. Der beste Weg wäre der Einsatz von Sonnenenergie für die Wasserstoff-Herstellung, da dies ein durchweg ökologisches Verfahren wäre. Der auf diese Weise sauber produzierte Wasserstoff kann nach der Herstellung transportiert werden und an anderer Stelle unter Energiefreisetzung wieder verbrannt werden. Bei der Verbrennung entsteht (fast) nur Wasser, so dass kaum Umweltprobleme auftreten.
Welchen Sinn macht aber dann überhaupt die Erzeugung von Wasserstoff? Dies ist eine häufig gestellte Frage und kann damit beantwortet werden, dass mit Hilfe von Wasserstoff eine relativ effiziente Speicherung von elektrischer Energie möglich ist, woran es bisher mangelt. Strom als edelste Energieform ist nur begrenzt speicher- und transportierbar, so dass beispielsweise Solarstrom nachts nicht zur Verfügung steht. Würde hingegen der tagsüber erzeugte Photovoltaik-Strom zur Wasserstoff-Herstellung herangezogen werden, stünde dieser rund um die Uhr zur Verfügung.
Konkret