Wasserstoff -
Der Energieträger
Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum und findet sich beinahe in allen organischen Verbindungen.
Inhaltsverzeichnis
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Vorteile von Wasserstoff
Rheingas und Wasserstoff
Rheingas ist Ihr zuverlässiger Partner für den Kauf von Wasserstoff und dessen Lieferung sowie der Erstellung von passenden Tankstelleninfrastrukturen. Wir können Sie mit grünem, CO₂-armem oder grauem Wasserstoff beliefern. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, Sie stehts unkompliziert und zeitnah zu beliefern. Dabei bieten wir Ihnen verschiedene Druckstufen (200 und 300 bar), in der Qualität 5.0 an und stellen Ihnen dies in Flaschen, Bündeln oder Trailern zur Verfügung. Neben dem Standard 12er Flaschenbündel, können wir Sie auch mit 16er Bündel beliefern. Dadurch können Sie die Anzahl sowie den Aufwand der Bestellungen reduzieren. Zudem bieten wir passgenaue und flexible Lösungen, aus einer Hand, für Ihre Wasserstofftankstelle an, ob für Ihre Gabelstapler- oder Busflotte. Mit unserer speziellen 300 bar Flasche, optimieren wir Ihr autarkes Brennstoffzellenenergiesystem.
Unser Motto: „Wir machen Wasserstoff zur einfachsten Sache der Welt.“
Durch unsere fast 100 jährige Geschichte als zuverlässiger Energieversorger und einem starken Partnernetzwerk, wollen wir unseren Beitrag leisten für mehr Kundenzufriedenheit und Transparenz auf dem Wasserstoffmarkt und einer erfolgreichen Energiewende.
Qualität von Rheingas
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Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft und der Schlüssel der Energiewende. Er ist das häufigste chemische Element im Universum und findet sich beinahe in allen organischen Verbindungen chemisch gebunden wieder. Weiterhin ist es auch das kleinste Element im Periodensystem der Elemente.
In welcher Form liegt er vor?
Wasserstoff ist ein geruchloses, ungiftiges Gas, welches leichter als Luft ist. Es verflüchtigt sich unter normalen Bedingungen schnell und ist umweltfreundlich. Durch hohen Druck kann es komprimiert werden. Dadurch erhöht sich seine Energiedichte. Das bedeutet, dass mehr Energie in einem Behälter gespeichert werden kann (Tabelle 1). Die üblichen Drücke in Transportbehältern liegen zwischen 200 oder 300 bar. Brennstoffzellenfahrzeuge haben hingegen 350 oder 700 bar Speicherbehälter. Als Transportbehälter können Gasflaschen oder Trailer genutzt werden. Pipelines werden auch für den Transport verwendet. Pipelines sind vorteilhaft bei dem Transport von großen Mengen Wasserstoff an einen festen Standort. Weiterhin kann Wasserstoff bei tiefkalten Temperaturen von -252 °C verflüssigt werden. Die niedrigen Temperaturen machen jedoch spezielle Kryobehälter unabdingbar. Weitere Formen zur Speicherung sind: Metallhydridspeicher und LOHC. Metahllhydridspeicher speichern Wasserstoff in einer festen Metallverbindung. LOHC steht für flüssige organische Wasserstoffträger (liquid organic hydrogen carrier) in der eine flüssige Chemikalie Wasserstoff chemisch bindet.
| Druck (bar) | Dichte (kg/m3) | Volumetrische Energiedichte (kWh/m3) |
| 1 | 0.1 | 3 |
| 50 | 4 | 133 |
| 100 | 8 | 266 |
| 200 | 15 | 500 |
| 300 | 21 | 699 |
| 350 | 24 | 799 |
| 500 | 31 | 1.032 |
| 700 | 41 | 1.332 |
Tabelle 1: Dichte und volumetrische Energiedichte von Wasserstoff bei verschiedenen Druckstufen.
Wie wird Wasserstoff erzeugt?
Dampfreformierung ist die am häufigsten genutzte Herstellungsmethode. Dabei wird Wasserstoff und CO2 aus Methan und Wasser erzeugt. Eine weitere industrielle Quelle ist die Chlor-Alkali Elektrolyse. Diese findet in der chemischen Industrie große Anwendung. In der Chlor-Alkali Elektrolyse wird Chlor erzeugt als Ausgangsstoff für die Herstellung von Plastiken, wie PVC. Über diesen Weg wird heute schon etwa 7% des deutschen Wasserstoffbedarfs produziert. Häufig jedoch wird die Herstellung von Wasserstoff im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien genannt. Dabei wird aus Wasser und Strom durch die Verwendung einer Elektrolyse Wasserstoff, Sauerstoff und Wärme erzeugt. Weitere Erzeugungsmethode sind die Pyrolyse und Plasmalyse. In der Pyrolyse wird Methan in festen Kohlenstoff und Wasserstoff umgesetzt. Bei der Plasmalyse wird Abfall, wie Klärschlamm oder Hausmüll, in Wasserstoff und CO2 heruntergebrochen.
Wasserstoff Produzenten
Lange Zeit war der Wasserstoffmarkt von den üblichen technischen Gase Herstellern dominiert. Nun öffnet sich der Wasserstoffmarkt durch viele neue Wasserstofferzeuger. Dazu gehören kommunale Erzeuger, wie Stadtwerke, aber auch große Mineralölkonzerne und Energieversorger.
Farben des Wasserstoffs
Die Herstellungsverfahren unter Einsatz verschiedener Quellen verursachen unterschiedliche Emissionen und CO2-Fußabdrücke. Zur Veranschaulichung der Emission werden fast alle Farben des Regenbogens in der Presse und der Politik genutzt. Die häufigsten Farben sind in Tabelle 2 genannt:
Unter dem klimaneutralen grünen Wasserstoff versteht man üblicherweise die Herstellung aus Wasser und Strom aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse. Dazu zählt jedoch auch die Herstellung aus Biogas über Dampfreformierung.
Dabei wird schon durch die Nutzung von grauem Wasserstoff in Brennstoffzellen Fahrzeugen mehr als 50% CO2 eingespart im Vergleich zu Diesel oder Benziner aufgrund des hohen Wirkungsgrads der Brennstoffzelle.
Interessanterweise wird dem Nebenprodukt Wasserstoff aus der Chlor-Alkali Elektrolyse, keine Farbe zugeordnet. Weiterhin findet er wenig Beachtung in der Öffentlichkeit und Politik. Dabei ist es die zweit wichtigste Herstellungsmethode im Moment und steht in großen Mengen preiswert zur Verfügung.
| Farbe | Quelle | Erzeugungsart | Emission |
| Grau | Erdgas / Kohlestrom | Dampfref. / Elektrolyse | CO₂-Ausstoß |
| Blau | Erdgas | Dampfref. + CO₂ Speicherung | CO₂ wird aufgefangen und vergraben |
| Grün | EE-Strom / Biogas | Elektrolyse / Dampfref. | CO₂-frei/ -arm |
| Türkis | Erdgas | Pyrolyse | Fester Kohlenstoff |
| Gelb | Atomstrom | Elektrolyse | Atommüll |
Tabelle 2: Zugeordnete Farbe, Quelle, Erzeugungsart und Emission von Wasserstoff
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Wo wird Wasserstoff genutzt?
Wasserstoff hat eine große Vielfalt an Anwendungen: Technisches Gas, Energiespeicher zur Rückverstromung, Kraftstoff und Brennstoff.
Technisches Gas
Hauptsächlich wird es in Synthesen der Chemieindustrie genutzt. Außerdem findet es Einsatz als Reduktionsgas in industriellen Prozessen. Weiterhin soll Wasserstoff der Stahlindustrie helfen, Koks zu ersetzen und so ihre CO2-Emissionen zu reduzieren.
Energiespeicher zur Rückverstromung
Die Fluktuation der erneuerbaren Energie, wie Wind- und Sonnenenergie, birgt das Problem der Energiespeicherung. Strom in großen Mengen lässt sich nur für kurze Zeit in Batterien speichern. Eine mittel- bis langfristige Speicherlösung soll Wasserstoff bringen.
Durch die Erzeugung von Wasserstoff durch Strom kann dieser als möglicher Energiespeicher dienen. Diese chemische Umwandlung von Strom in ein Gasmolekül zur Speicherung von Energie wird oft als Power-to-Gas bezeichnet.
Durch den Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen kann es mit Luftsauerstoff in Strom und Wasser umgewandelt werden. Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle kann man sich abstrakt vorstellen in Form einer umgekehrten Elektrolyse. Dabei reagiert Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, wobei Strom erzeugt wird.
Brennstoff
Eine weitere Nutzungsmöglichkeit des Wasserstoffs ist die Verbrennung. Die Verbrennung hat die Vorteile der höheren Wärmeerzeugung und einer geringeren Anforderung an die Reinheit des Wasserstoffs im Vergleich zur elektrochemischen Umsetzung in einer Brennstoffzelle. Dies wird jedoch begleitet durch einen geringeren Wirkungsgrads aufgrund der Nutzung eines Verbrennungsmotors.
Kraftstoff
Schon in den 1960er wurden Brennstoffzellen in der Raumfahrt eingesetzt zur Energieversorgung der Apollo-Mission der NASA. Die Brennstoffzelle versorgte die Astronauten mit Strom, Wärme und Wasser.
Die hohen Wirkungsgrade der Brennstoffzelle von etwa 60-80% im Vergleich zu Ottomotoren von 20-35% zeigen hohes Anwendungspotential. Hinzu kommt der CO2– und NOx-freie Verbrauch von Wasserstoff in Brennstoffzellen, sowie ein leiser Betrieb und Geruchsneutralität. Diese Eigenschaften prädestinieren Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft.
Brennstoffzellen Fahrzeuge erzeugen Strom durch die Umsetzung von Wasserstoff. Die Brennstoffzelle ist an einen Elektromotor gekoppelt und fällt dadurch unter den Begriff E-Mobilität. Prinzipiell unterscheidet sich somit ein Brennstoffzellen Fahrzeug von einem Batterie elektrischen Fahrzeug nur durch die Größe und Art des Speichers.
In einem Brennstoffzellen Fahrzeug befindet sich ein Wasserstofftank als Speicher. Dieser Tank ist verbunden mit einer Brennstoffzelle und einer kleinen Batterie. Die Aufladung des Speichers geschieht über das Tanken von Wasserstoff und geschieht in kurzer Zeit. Diese liegen bei Pkws zwischen 3 – 10 min. Dazu kommt eine hohe Reichweite. Diese liegt beim neuen Toyota Mirai 2 bei etwa 650 km. Im Gegensatz dazu besitzt ein Batterie elektrisches Fahrzeug nur Batterien als Speicher.
Die Brennstoffzelle findet in jedem Bereich des Verkehrs Anwendung: Busse, Stapler, Lkw, Müllfahrzeuge, Pkw, Schiffe, Flugzeuge, Züge und viele mehr.
Die hohen Kosten durch geringe Stückzahlen an Brennstoffzellen und Fahrzeugtypen, gepaart mit einer schwachen Wasserstoff Betankungsinfrastruktur, waren lange Zeit die größte Hürde für den Durchbruch der Technologie. Zusätzlich gab es keine Tankstellenlösungen für kleine Flottenbetreiber, um die Fahrzeuge erlebbar zu machen.
Dieses "Henne & Ei Problem" zwischen fehlender Tankinfrastruktur und Fahrzeugmodellen wird nun durch mehrerer staatlich geförderter Programme, Verbünde und innovativer Ansätze gelöst.
Eine regionale Erfolgsgeschichte ist die Nutzung von Brennstoffzellen Bussen der Regionalverkehr Köln (RVK). Diese fing 2011 mit der ersten Probenutzung von Brennstoffzellen Bussen an. Zuvor wurde eine Wasserstoff Tankstelle am Industriepark Hürth Knapsack aufgebaut, um den dort überschüssigen Wasserstoff für den Verkehr verfügbar zu machen. Diese Projekt wurde von HyCologne – Wasserstoff Region Rheinland e.V. initiiert und federführend begleitet mit der Hilfe von vielen weiteren regionalen Partnern.
Eine weitere Erfolgsgeschichte sind Brennstoffzellen Gabelstapler. Mehr als 30.000 solcher Gabelstapler sind in den Vereinigten Staaten von Amerika im Einsatz. Namhafte Unternehmen, wie Amazon, Coca-Cola und Walmart, setzen auf die überwältigende Leistung dieser Gabelstaplerart. Der hohe Anspruch an die Betriebsbereitschaft ist vergleichbar mit konventionellen Gabelstaplern und bietet eine nachhaltige Alternative. Hingegen ist der Einsatz von batteriebetriebenen Elektro Gabelstaplern in einigen Fällen verbunden mit geringerer Betriebsleistung durch kurze Batterielebenszeiten, kalten Außentemperaturen in Kühllagern oder häufiger/m Wiederaufladung/Batteriewechsel. Im großen Maßstab ist dies oft gepaart mit zusätzlichen Personal und Platz. Diese Zusatzanforderungen können Brennstoffzellen Stapler wirtschaftlich attraktiv machen im Vergleich zum Batterie Stapler.
Neben dem Verkehr kann die Brennstoffzelle auch in Haushalten und im Gewerbe als klimafreundliche Alternative zur Ölheizung genutzt werden. Die Nutzung der vorhandenen Gasinfrastruktur, in Form von Pipeplines, steht dafür im Fokus.
