Power-to-X

Als Grundlage aller Energieträger benötigt man immer Wasserstoff [2]. Hierzu wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten; dieser Prozess wird als Wasserelektrolyse bezeichnet bzw. die Anlage als Elektrolyseur. Damit dieser Wasserstoff als „grüner Wasserstoff“ (klimaneutral) gilt, muss der gesamte Strom aus regenerativen Quellen kommen (Solar, Wind, …). Dieser grüne Wasserstoff kann nun direkt als Energieträger genutzt werden [3] – z. B. zur Stahlerzeugung – oder er wird zu anderen Kraftstoffen weiterverarbeitet.
Der Transport von Wasserstoff ist nicht ganz einfach, da das Gas sehr unter Normalbedingungen eine sehr geringe Energiedichte hat. Um das zu umgehen, kann das Gas bei minus 253 Grad Celsius verflüssigt und per Schiff transportiert werden [4,5], was jedoch wieder Energie benötigt. Die bessere und langfristigere Lösung ist die Umrüstung des Erdgasnetzes, womit dann auch größere Mengen transportiert werden könnten [6].
Um die Kosten auf ein konkurrenzfähiges Niveau zu bringen, braucht es sehr günstige Strompreise und eine hohe Auslastung der Anlage (Elektrolyseur) [1]. Um einen möglichst ganzjährigen Betrieb der Anlage zu erreichen, bieten sich Standorte mit ganzjährig hoher Sonnenscheinstrahlung oder hohem Windangebot an [6,7,8].

Der hergestellte Wasserstoff kann nun in verschiedenen chemischen Reaktionen mit Kohlenstoff oder Stickstoff in andere Energieträger wie Methan, Methanol, Diesel, Benzin, Kerosin oder Ammoniak weiterverarbeitet werden [9]. Bei den Kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen ist darauf zu achten, dass der verarbeitete Kohlenstoff aus der Umgebungsluft oder aus nachwachsender Biomasse kommt, damit bei der Verbrennung des Kraftstoffes die CO2-Bilanz wieder bei null rauskommt [10].
Da bei jeder Weiterverarbeitung und jeder Energieumwandlung (z. B. elektrische Energie in chemische Energie) Energie „verloren“ geht, sollte, wann immer möglich, der Strom als direkter Energielieferant genutzt werden [11,12].

In der folgenden Grafik ist dargestellt in welchen Einsatzbereichen der grüne Wasserstoff in Zukunft unerlässlich sein wird, aber auch wo es sich finanziell nicht rentiert.