Denkschubser   |   

Der Mann, der das Geldproblem löst, hat für die Menschheit mehr getan als die Feldherren aller Zeiten.    Henry Ford I.

16.10.2021

 13.04.2021

Brötje: Wasserstoff - Brennstoff mit Zukunftspotenzial

Chancen und Rahmenbedingungen

Fossile Brennstoffe stehen schon lange unter kritischer Beobachtung. Nicht nur die endlichen Vorräte, sondern auch die umweltbelastenden Schadstoffe, die bei einer Verbrennung frei werden, sorgen für ein Umdenken. Als Alternative wird häufig Wasserstoff genannt. Seine Eigenschaften lassen hohe Erwartungen zu. Allerdings müssen für den Einsatz als Brennstoff ein paar Rahmenbedingungen geschaffen werden.

Das Heizen und Kühlen von Gebäuden verursacht in Europa rund 36 % der CO2-Emissionen. An dieser Stelle wird deutlich, welches Reduzierungs-Potenzial in diesem Bereich liegt. Besonders Haushalte und kleinere Unternehmen werden zukünftig eine große Rolle spielen, wenn es um die Dekarbonisierung geht. Der Brennstoff Wasserstoff setzt genau an dieser Stelle an und lässt sich gut als Alternative zu Öl und Erdgas einsetzen. Allerdings setzt das eine Infrastruktur voraus, die aktuell noch im Entstehen ist.

Brennstoffzellen als neue Alternative

Über zwei Jahrzehnte investierte die herstellende Industrie bereits in die Erforschung und Produktion von Brennstoffzellenheizgeräten. In den letzten zwei Jahren fanden so immer mehr dieser Wärme- und Stromerzeuger den Weg in den Markt. Der Vorteil gegenüber einem BHKW liegt in der direkten Energieumwandlung. Während das BHKW einen Motor für die Produktion verwendet, nutzt die Brennstoffzelle einen rein elektro-chemischen Prozess für die Bereitstellung von Wärme und Strom. Dadurch laufen die Geräte auf Erdgasbasis absolut geräuschlos und mit einem sehr geringen CO2-Ausstoß – bis zu 50 % weniger als bei herkömmlichen Brennwertkesseln. Damit gilt die Technologie aktuell als leiseste und effizienteste Form, um aus Erdgas Strom und Wärme zu erzeugen.

Aktuelle Brennstoffzellenheizgeräte wandeln mithilfe eines Reformers Erdgas, welches eine wasserstoffreiche Verbindung ist, in reinen Wasserstoff und CO2 um. Der gewonnene Wasserstoff reagiert dann mit zugeführtem Sauerstoff aus der Luft in einer umgekehrten Elektrolyse zu Wasser. Bei diesem Prozess entstehen Wärme und Strom. Der Vorgang wird auch als "kalte Verbrennung" bezeichnet. Es gibt diverse Varianten. Im Heizungssektor werden in der Regel zwei Varianten eingesetzt: die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) mit Keramik-Membran für den Hochtemperaturbereich von 650 bis 1.000 °C und die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM) mit einer Membran aus Kunststoff für den Niedrigtemperaturbereich von 70 bis 90 °C. Die Letztere hat klar die Nase vorn. PEM-Zellen arbeiten auf einem Temperaturniveau, dass für den Betrieb in Heizungsanlagen optimal geeignet ist und sie bieten eine lange Lebensdauer. SOFC Varianten können aufgrund der hohen Temperaturen nicht schnell herauf- und heruntergefahren werden, daher benötigen sie sehr lange Laufzeiten. 

Erste Schritte sind getan

Die PEM-Brennstoffzelle mit Reformer eignet sich mit ihren Eigenschaften in Neu- und Altbauten als Alternative zu reinen wasserstoffbetriebenen Geräten, denn die Anlagen können ohne Probleme in das bestehende Gasnetz eingebunden werden. In der Regel werden die Strom- und Wärmeproduzenten als Grundlastmodul verwendet und mit einem Gas-Brennwertgerät für die Spitzenlasten kombiniert. In Deutschland befinden sich schon etliche solcher Anlagen im Betrieb, Tendenz steigend. Damit befindet sich die Brennstoffzelle auf einem guten Weg, sich im Markt zu etablieren. Auch der Hersteller Brötje begleitet diesen Weg. Ein Brennstoffzellengerät aus dem Hause befindet sich aktuell in der Entwicklung. Der Verkaufsstart ist für den kommenden Jahreswechsel vorgesehen.

Doch es soll noch weiter gehen. Feldtests beweisen aktuell, dass viele, heutige Gas-Brennwertkessel bereits mit einem Gasmix aus 80 % Erdgas und 20 % Wasserstoff betrieben werden könnten und damit ein großer Beitrag zum Klimaschutz möglich wäre. Eine Beimischung wäre realisierbar und sinnvoll. Somit kann zum einen die Effizienz der Geräte angehoben werden. Zum anderen kann nicht genutzte Energie aus erneuerbaren Quellen in Form von Wasserstoff gespeichert werden. Allerdings ist die Einbringung des Mediums in das reguläre Gasnetz nicht ohne Weiteres umsetzbar. Über externe Prüfungen der Geräte muss nachgewiesen werden, dass diese für ein Gasgemische mit Wasserstoffanteil geeignet sind. So hat Brötje jüngst einige Geräteserien für eine Beimischung von bis zu 20 % Wasserstoff durch das DVGW zertifizieren lassen. Hierzu gehören die EVO-Serien der Gas-Brennwertgeräte WGB und BGB ebenso, wie die der BBS und BBK. Weitere Geräte sind für die Zulassung aktuell in Vorbereitung.

100 % Wasserstoff als Energielieferant

Als abschließendes Ziel gilt es, reinen Wasserstoff als Energieträger zu nutzen. Doch das wird bis zum umfangreichen Einsatz noch einige Zeit dauern. Dafür muss vorrangig eine Infrastruktur geschaffen werden. Möglich wäre das in Form von Quartierslösungen. Hier würden z.B. 50 bis 100 Häusern an eine dezentrale Wasserstoffversorgung angeschlossen, die dann mit Wasserstoffheiz- oder auch Brennstoffzellenheizgeräten beheizt würden. Aktuell sind solche Systemgrößen jedoch noch nicht verfügbar. An dieser Stelle muss die Entwicklung weiter vorangetrieben werden.

Ob sich der Einsatz von reinem Wasserstoff generell umsetzen lässt und welche Anpassungen sowie Voraussetzungen noch vorgenommen und erfüllt werden müssen, wird aktuell in verschiedenen Versuchen durch Energieversorgungsunternehmen in ganz Europa untersucht. Die BDR Thermea Group, zu der in Deutschland auch die August Brötje GmbH gehört, ist hierbei an verschiedenen Versuchsprojekten zusammen mit Energieversorgern beteiligt. So wird seit Mitte 2019 im niederländischen Rozenburg nahe Rotterdam die weltweit ersten wasserstoffbetriebenen Gas-Brennwertgeräte unter realen Bedingungen getestet. Der Wärmeerzeuger wurde im konzerneigenen Kompetenzzentrum für Forschung und Entwicklung in Italien entwickelt. Das Projekt in den Niederlanden ist auch für Brötje von hoher Bedeutung. Ziel des Projektes ist es, eine breite Basis für Heizungs- und Warmwasserlösungen zu finden, die ohne Kohlendioxid-Emissionen auskommt. Das Funktionsprinzip bleibt das gleiche, wie bei einem mit Erdgas betriebenen Heizkessel. Den Wasserstoff liefert in diesem Fall ein Netzbetreiber über eine ehemalige Erdgasleitung. Das zeigt auch, dass sich ein vorhandenes Gasnetz technisch zum Transport von Wasserstoff eignet. Die Installation des Wasserstoffkessels erfolgte im Heizraum neben einem konventionellen Erdgaskessel, um die Versorgung jederzeit sicherstellen zu können.

Nach dem ersten Pilotversuch in den Niederlanden steht in Großbritannien ein weiteres großes Projekt an. So will die englische Stadt Leeds bis 2034 die Gasversorgung komplett auf Wasserstoff umstellen. In verschiedenen anderen Projekten sind Netzbetreiber und Gas-Gerätehersteller eingeladen, sich an möglichen weiteren Versuchen zu beteiligen, um die Entwicklung der CO2-freien Heizung voran zu treiben. Auch Brötje wird sich an verschiedenen Versuchsanlagen beteiligen, um detaillierte Daten für die weitere Forschung und Produktentwicklung zu liefern und seriennahe Geräte für die Versuche bereit zu stellen.

Weitere Stellschrauben sind nötig

Neben der Infrastruktur und der Gerätereife sind noch weitere Hürden zu meistern. Beispielsweise ist die Massenherstellung von Wasserstoff nicht unter allen Umständen förderlich. In der Regel wird der Wasserstoff mittels Dampfreformierung produziert (sogenannter grauer Wasserstoff). Als Rohstoff dient Erdgas. Das Verfahren ist zwar kostengünstig, erzeugt allerdings auch Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, welches dann bestenfalls durch das CCS Verfahren aufgefangen und im Erdreich gelagert werden kann (sogenannter blauer Wasserstoff). Die Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse ist dagegen umweltfreundlicher, aber auch erheblich teurer. Bei dem Vorgang wird Wasser mittels Strom in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten (sogenannter grüner Wasserstoff). Es bietet sich daher an, für diesen Prozess lediglich überschüssigen Strom aus regenerativen Quellen zu nutzen.

Da es sich um eine sehr junge Technologie handelt, fehlen überdies Normen und Regelwerke fast gänzlich. Diese müssen erst erarbeitet werden. Die Geräte an sich gelten als bedenkenlos einsetzbar, genau wie Wasserstoff selbst. Unbegründet sind die Ängste vor Explosionen oder Bränden. Das Risiko ähnelt dem von Erdgas. Es werden Sicherheitssensoren eingesetzt, die von Brötje und den anderen Marken der BDR Thermea Group bereits Verwendung finden.

Fazit

Wie bei jeder neuen Technologie müssen gewisse Bedingungen noch geschaffen werden. Allerdings ist sich der Markt einig: Wasserstoff bietet eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern. Mit Hilfe der Brennstoffzelle gelingt nach und nach eine Einführung des Energieträgers. Zudem ist Wasserstoff im Gassystem hilfreich, um regenerativ erzeugte Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern, da in Zeiten größten Bedarfs nicht immer sofort genug Wind- und Sonnenenergie zur Verfügung steht. Betrachtet man die Eigenschaften und den großen Nutzen des Brennstoffs und der Technologie, wird sich in den nächsten zwei Jahren noch viel tun.

Autor: Marcus Bernhardt, Produktmarketing Manager August Brötje GmbH

August Brötje GmbH
August Brötje GmbH
August-Brötje-Str. 17
26180 Rastede
Deutschland
Telefon:  04402 - 80-0

Diesen Beitrag jetzt teilen:

Schließen
Diese News weiterempfehlen:
Send this form

*) Pflichtfelder

Ihre Mail-Adresse und die Mail-Adresse des Empfängers werden ausschließlich zu Übertragungszwecken verwendet.