Wasserstoff und Brennstoffzellen. Sven GeitmannЧитать онлайн книгу.
zuerst umgewandelt wird in Sekundärenergie (Strom). Mithilfe dieser Energie könnte dann Wasserstoff (Elektrolyse) erzeugt werden. Wasserstoff stünde dann als Sekundär-Energieträger zur Verfügung, der entweder direkt genutzt oder über weite Strecken transportiert werden könnte.
Zur Herstellung von Wasserstoff ist relativ viel Energie notwendig, da jedes Wasserstoff-Atom eine hohe chemische Bindungsenergie besitzt. Würde man für die Energie, die für die Auflösung des Molekülverbandes notwendig ist, Sekundärenergie aus fossilen Energieträgern verwenden, hätte dieses Konzept kaum Vorteile gegenüber dem konventionellen System. Es wäre sogar ökologisch betrachtet unsinnig, langfristig Kohle zur Energiegewinnung unter Schadstoff-Ausstoß zu verbrennen, um mit der daraus gewonnenen Energie Wasser aufzuspalten, damit dann Wasserstoff als „schadstofffreier Energieträger“ genutzt werden kann.
Stattdessen muss bereits bei der Erzeugung von Wasserstoff ein alternatives Konzept verfolgt werden, wie es die solare Wasserstoff-Wirtschaft vorsieht. Anstelle der Sonnenenergie kann selbstverständlich auch jede andere erneuerbare Energiequelle genutzt werden (z. B. Windenergie, Wasserkraft, Erdwärme, Bioenergie).
Es gibt bereits seit Jahren Überlegungen, im Sonnengürtel der Erde (z. B. Sahara) große Solaranlagen einzusetzen und den erzeugten Solarstrom für die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse zu verwenden. Es ist allerdings immer noch nicht klar, ob der direkte Stromtransfer mit Überlandund Unterseekabel durch das Mittelmeer nach Europa günstiger wäre oder der Transport mit Wasserstoff-Tankern. Außerdem ist ein derartiges Vorhaben nur möglich, wenn die politische Lage in den betreffenden Regionen friedlich und stabil ist. Gleiches gilt selbstverständlich auch für Windkraft-parks in Argentinien oder Wasserkraftwerke in Kanada.
Eine Studie der TU München aus dem Jahr 2000 besagt allerdings, dass die Wasserstoff-Produktion mit Hilfe von Elektrolyse und Solarstrom aus Nordafrika zumindest die geringsten Kohlenstoffdioxid-Emissionen erzeugt, noch weniger als vergleichsweise in Deutschland erzeugter Wasserstoff, der in dezentralen Biomasseanlagen gewonnen wurde. Bei den Kosten ist es genau umgekehrt, weswegen unter anderem von verschiedener Seite gefordert wird, die Forschung und Entwicklung bei der Biomassevergasung voranzutreiben, da das Verhältnis zwischen Kosten und Nutzen bei dieser Technologie vielversprechend sei. [wiba, 2003]
Dort, wo es möglich ist, sollte selbstverständlich die Sonnenenergie direkt genutzt werden, um somit die Umwandlungsverluste zu minimieren. Eine Zwischenspeicherung der Sonnenenergie in Wasserstoff ist allerdings in vielen Fällen notwendig und hilfreich, um Versorgungslücken zu vermeiden und Lastschwankungen kompensieren zu können.
Es wird deutlich, dass dies ein sehr weites Feld ist, das einiger Zeit für die Umsetzung bedarf. Vorerst wird deswegen noch auf absehbare Zeit ein Energie-Mix aus unterschiedlichen Energiequellen die Versorgung sicherstellen.
2.9 Dezentralität
Im Energiebereich ist bereits seit geraumer Zeit ein Trend zur Dezentralisierung zu erkennen. Im Jahr 2000 lag der Anteil von dezentralen Anlagen noch bei 8 Prozent. Im Jahr 2020 soll dieser Anteil bereits bei 40 Prozent liegen.
Das Ziel beim Übergang zu mehr Dezentralität ist der Einsatz von Energieversorgungseinheiten direkt in unmittelbarer Nähe der Verbrauchsstelle, um die Transportwege und damit unnötige Energieverluste zu reduzieren. Außerdem lässt sich so in der Regel auch die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme vor Ort nutzen (Kraft-Wärme-Kopplung), wodurch wiederum der Gesamtwirkungsgrad gesteigert wird. Damit die Koordination dieser dezentral installierten Systeme funktionieren kann, ist passend dazu ein dezentrales Energiemanagement-System (DEMS) erforderlich.
Eine Variante auf dem Weg zu mehr Dezentralität ist der Bau von so genannten virtuellen Kraftwerken. Ein virtuelles Kraftwerk ist eine Vernetzung vieler, kleiner, dezentral installierter Stromerzeugungsanlagen. In Frage kommen beispielsweise Brennstoffzellen, aber auch Mikrogasturbinen und Gasmotoren, die von außen über ein zentrales Leitsystem gesteuert werden.
Virtuelle Kraftwerke lassen sich beispielsweise als Ergänzung und Entlastung der zentralen Stromerzeugung in Großkraftwerken zur Abdeckung von Bedarfsspitzen nutzen. Die zentralen Leitsysteme können dafür im Bedarfsfall die dezentralen Anlagen auf Volllast hochfahren, wenn gleichzeitig eine Wärmenutzung möglich ist. Ein maßgeblicher Vorteil der virtuellen Kraftwerke ist die Minimierung der Übertragungs- und Transformationsverluste, die beim konventionellen Stromtransport in Hochspannungsleitungen beziehungsweise bei der Umwandlung für die Mittel- und Niederspannungsnetze zu erheblichen Einbußen führen.
Die ersten Brennstoffzellen-Anlagen wurden bereits zur Jahreswende 2002/03 als virtuelles Kraftwerk installiert und betrieben.
2.10 Förderung
Einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Entwicklung im Energiesektor haben die politischen Rahmenbedingungen, die von Seiten der Regierung vorgegeben werden. Ein wichtiges Instrument zur Unterstützung alternativer Energietechniken ist dabei die Förderpolitik. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG, Einführung 1. April 2000) beispielsweise hat erheblich zum Aufschwung der regenerativen Energien beigetragen.
Im Erneuerbare-Energien-Gesetz wird geregelt, dass Stromerzeuger das Recht erhalten, Strom aus erneuerbaren Energien in das Netz einzuspeisen. Die Netzbetreiber sind dabei verpflichtet, eine festgelegte Mindestvergütung an den Erzeuger zu zahlen. Die Kosten dafür werden auf alle Stromkunden verteilt. Es handelt sich daher also um keine staatliche Beihilfe, keine Subvention. Bei einem jährlichen Stromverbrauch von 3.000 Kilowattstunden sind im Jahr 2003 in einem Durchschnittshaushalt Mehrkosten infolge des EEG in Höhe von 13 Euro angefallen.
Anlässlich der Novellierung des EEG entwickelte sich zum Ende des Jahres 2003 eine lebhafte Diskussion zwischen Politik und Energiewirtschaft über die Weiterführung dieses politischen Instruments. Anfang November kam es schließlich zu einer Einigung zwischen Umwelt- und Wirtschaftsministerium, dass das EEG als Instrument im Kern erhalten bleiben soll. Ziel des neuen Gesetzes ist es nun, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung bis 2010 auf mindestens 12,5 Prozent und bis 2020 auf mindestens 20 Prozent zu erhöhen. Die Details standen allerdings im Mai 2004 noch nicht fest, da im Bundesrat der Vermittlungsausschuss zur Klärung strittiger Punkte angerufen wurde.
Im Bereich der Solarenergie war es bereits zuvor zu einer Sonderregelung gekommen. Damit der befürchtete Fadenriss in der Photovoltaik-Branche nach Auslaufen des 100.000-Dächer-Solarstromprogramms Mitte 2003 verhindert wurde, beschloss Ende November der Bundestag mit den Stimmen der Union das „Solarstrom-Vorschaltgesetz“. Das Gesetz konnte somit zum 1. Januar 2004 in Kraft treten. Diese Extralösung für diesen Energiesektor war notwendig geworden, weil Verzögerungen bei der Einigung auf die EEG-Novelle ansonsten zu einer Förderlücke mit argen Problemen im PV-Bereich geführt hätten.
Eine weitere staatliche Maßnahme zur Unterstützung der erneuerbaren Energien ist die Biomasse-Verordnung (BiomasseV), die am 28. Juni 2001 im Rahmen des EEG in Kraft getreten ist. Sie regelt, welche Stoffe als Biomasse anerkannt werden, welche technischen Verfahren zur Anwendung kommen und welche Umweltanforderungen bei der Stromerzeugung aus Biomasse einzuhalten sind.
Bereits im September 1999 war das Marktanreizprogramm zur Nutzung erneuerbarer Energien (MAP) aufgelegt worden und unterstützt seitdem die breite Markteinführung vor allem im Wärmemarkt. Das Programm fördert den stärkeren Einsatz von
• Solarkollektoranlagen,
• Photovoltaikanlagen für Schulen,
• Anlagen zur Verbrennung fester Biomasse,
• Anlagen zur Nutzung der oberflächenfernen Geothermie,
• Biogasanlagen und
• Kleinen Wasserkraftanlagen.
Im KfW-CO2-Gebäudesanierungsprogramm werden vorwiegend Maßnahmen zur Wärmedämmung und zur Modernisierung von