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Aktuelle Beiträge über Tätigkeiten und Ereignisse im Verein und in der Vorzeigeregion

Updates UpHY II

Updates UpHY II

Mit Beginn des Jahres ist mit UpHY II, die Fortsetzung des Projektes UpHY I gestartet. Die aktuelle Projektbeschreibung auf unserer Webseite wurde diesbezüglich aktualisiert. Mehr Informationen ...
WIVA P&G Position Paper on Research Needs and Challenges for Hydrogen Technologies

WIVA P&G Position Paper on Research Needs and Challenges for Hydrogen Technologies

A main task of the WIVA P&G working group on R&D in 2020 was to develop a position paper on "Research Needs and Challenges for Hydrogen Technologies". The position paper now available ...
Positionspapier: Vorschläge zur Änderung und Präzisierung des österreichischen Rechtsrahmens zu Wasserstoff und Power-to-X

Positionspapier: Vorschläge zur Änderung und Präzisierung des österreichischen Rechtsrahmens zu Wasserstoff und Power-to-X

Die österreichische Energie-Vorzeigeregion WIVA P&G beschäftigt sich in ihrer Kernaufgabe mit der umfassenden Forschung, Entwicklung und Implementierung eines wasserstoffbasierten Systems. ...
Video zum Projekt Renewable Gasfield

Video zum Projekt Renewable Gasfield

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Interview Podcast – Renewable Gasfield

Interview Podcast – Renewable Gasfield

Interview von Stephan Lichtenegger: ZUM PODCAST In dieser Folge spricht Stephan Lichtenegger mit DI Katrin Salbrechter über ihr Projekt Renewable Gasfield in Kooperation mit Energie ...

Veranstaltungen

Vergangene Veranstaltungen

02
Dezember

Hydrogen Austria Information & Exchange – International Hydrogen Initiatives

Hydrogen Austria Information & Exchange – International Hydrogen Initiatives

Datum 2. Dezember 2022Zeit 10:00 - 12:00Veranstaltungsort InfothekVeranstalter Hydrogen AustriaKategorie Veranstaltung PartnerWebseite Veranstaltungs-Website anzeigen

Bei dieser Veranstaltung stellen sich internationale Wasserstoffinitiativen vor und führen anschließend eine Diskussion. Die Veranstaltung wird in der Sprache Englisch durchgeführt.

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Weitere vergangene Veranstaltungen im >> Archiv.

Frequently Asked Questions

1. Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das einfachste Atom, das aus einem Proton und einem Elektron besteht und steht an erster Stelle im Periodensystem. Atomarer Wasserstoff ist sehr reaktionsfreudig und verbindet sich mit sich selbst zum Molekül H2 und mit fast allen anderen Elementen zu einer Vielzahl von anorganischen oder organischen Verbindungen (Hydriden).
Wasserstoff ist mit einer Häufigkeit von über 90 % der Atome das mit Abstand am häufigsten im Universum vorkommende Element. Die Urknalltheorie geht davon aus, dass vor etwa 13,5 Mrd. Jahren Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium durch Kernfusion entstanden sind, die in weiterer Folge alle anderen Atome gebildet haben. Im Weltall kommt Wasserstoff aufgrund der niedrigen Werte von Temperatur und Druck in seiner atomaren Form vor. Das interstellare Gas besteht fast vollständig aus Wasserstoff, es ist mit ca. 1 Wasserstoffatom pro cm3 so stark verdünnt, dass es als Vakuum betrachtet wird. Wasserstoff bildet den Hauptbestandteil von Sternen, die ihre Energie aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium beziehen.
In der Erdkruste, den Ozeanen und der Atmosphäre beträgt der Massenanteil 0,9 %. Dabei macht der für den Menschen zugängliche Teil der Erde weniger als 1 % der Erdmasse aus. Der Anteil von Wasserstoff in der Erdatmosphäre beträgt nur 0,5 parts per million (ppm). Der größte Anteil des irdischen Wasserstoffs kommt in Verbindung mit Sauerstoff in Form von Wasser oder Wasserdampf vor. Im menschlichen Körper ist Wasserstoff mit über 60 % das mit Abstand am häufigsten vorkommende Element und macht etwa 10 % der Körpermasse aus.
2. Wie wichtig ist Wasserstoff für unsere Strategie für saubere Energie und unsere langfristigen Nachhaltigkeitsziele?
Die Verringerung der Treibhausgasemissionen ist eine der wichtigsten Gegenwarts- und Zukunftsaufgaben der Menschheit, für die im Wesentlichen nur wenige Strategien zur Verfügung stehen: der Ausbau der erneuerbaren Energien (und der Energiespeicherung), eine effizientere Energiewandlung und die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs überhaupt. Der Ausbau der erneuerbaren Energien bringt erhebliche Herausforderungen mit sich, da die erneuerbaren Energien nur für einige tausend Stunden im Jahr zur Verfügung stehen, wir aber eine ganzjährige sichere Energieversorgung benötigen. Als Energieträger kann Wasserstoff diese räumliche und zeitliche Lücke schließen, indem er die Integration erneuerbarer Energiequellen ermöglich, natürliche Schwankungen des erneuerbaren Energieangebots ausgleicht und (saisonal) speichert. Mit Wasserstoff als Energieträger ist erneuerbare Energie immer dann verfügbar, wenn man sie braucht. Außerdem erfordern die Wasserstofftechnologien eine relativ geringe Infrastrukturanpassung und sind daher potenziell kostengünstig. Etwa zwei Drittel der in Europa verbrauchten Primärenergie werden unterirdisch über Pipelines transportiert. In Zukunft wird unsere Energie immer noch über Pipelines kommen, aber es wird hauptsächlich grüne Energie in Form von Wasserstoff sein. Diese grüne Energie wird dann in industriellen und/oder chemischen Prozessen genutzt, direkt in Hochtemperatur-Wärme gewandelt oder möglichst durch emissionsfreie Technologien wie Brennstoffzellen in Wärme und Strom oder Bewegung umgewandelt. Wasserstoff ist wesentlicher Baustein der grünen Energiewende, da er keinen Kohlenstoff enthält und bei seiner Wandlung oder Verbrennung nur Wasser entsteht. Die Unterstützung einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft, die Wasserstoff nutzt, wird durch europäische Richtlinien und nationale Politiken, die zum Ausbau der erforderlichen Wasserstoffinfrastruktur führen, immer stärker.
3. Was sind die Eigenschaften von Wasserstoff?
Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses Gas, das unter normalen Bedingungen keine toxische Wirkung hat, nicht wassergefährdend ist. Es hat die geringste Dichte aller Gase hat, eine hohe Diffusionsneigung und weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und hat eine niedrige Schmelz- und Siedetemperatur. Mit Luft bildet es zündfähige Gemische in einem weiten Mischbereich mit hoher Flammengeschwindigkeit und hoher Verbrennungstemperatur. Das Wasserstoffmolekül enthält keinen Kohlenstoff und gilt daher als klimafreundlicher Energieträger für viele Prozesse und Energiewandlungen.
4. Wie kann Wasserstoff hergestellt werden?

Da Wasserstoff in der Natur nicht in reiner Form vorkommt, muss er unter Einsatz von Energie hergestellt werden. Dazu werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die unterschiedliche Primärenergieträger und Wasserstoffverbindungen nutzen, wobei der Wirkungsgrad und der Ausstoß von Kohlendioxid wichtige Bewertungskriterien sind. Wasserstoff kann aus zahlreichen Energiequellen hergestellt werden. Die gängigsten sind:

  • Erdgas (leichte Kohlenwasserstoffe) – durch Dampfreformierung (SMR).
  • Fossile Brennstoffe (schwere Kohlenwasserstoffe) – durch partielle Oxidation.
  • Kohle oder Biomasse – durch Vergasung.
  • Wasserspaltung – Wasserstofferzeugung durch Wasserspaltung mittels Elektrolyse unter Verwendung von Strom (erneuerbarer Strom bedeutet erneuerbarer Wasserstoff).
5. Was ist blauer, grüner, brauner, rosa, türkiser und grauer Wasserstoff?

In der Energiewirtschaft werden Farbcodes oder Spitznamen verwendet, um die verschiedenen Herstellmethoden von Wasserstoff zu unterscheiden. Grüner Wasserstoff, blauer Wasserstoff, brauner Wasserstoff und sogar gelber Wasserstoff, türkisfarbener Wasserstoff und rosa Wasserstoff. Wasserstoff ist unter normalen Umgebungsbedingungen ein farbloses (unsichtbares) Gas. Daher gibt es – etwas verwirrend und trotz der bunten Bezeichnungen – keinen sichtbaren Unterschied zwischen den verschiedenen Arten von Wasserstoff. Um die Produktionsmethode und die zur Herstellung verwendete Energie oft auch den Ausgangsstoff anzugeben, wurde eine Zuordnung der Farben festgelegt. Es gibt jedoch keine allgemeingültige Namenskonvention, und diese Farbdefinitionen können sich im Laufe der Zeit und sogar von Land zu Land ändern.

  • Grüner Wasserstoff wird durch Wasserelektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt, die Wasserspaltung ist ein emissionsfreier Prozess. Daher ist grüner Wasserstoff derjenige, der mit sehr geringen Treibhausgasemissionen hergestellt wird. Darüber hinaus kann grüner Wasserstoff auch unter Verwendung von Biomasse durch Reformierung oder Pyrolyse hergestellt werden. Außerdem befinden sich mehrere Alternativen wie die direkte solare Wasserspaltung oder biologische Verfahren unter Verwendung von Grünalgen im Forschungsstadium.
  • Grauer Wasserstoff wird aus Erdgas oder Methan durch Dampfreformierung hergestellt, ohne dass die dabei entstehenden Treibhausgase abgeschieden werden. Dies ist derzeit die häufigste Form der Wasserstofferzeugung.
  • Türkisfarbener Wasserstoff wird durch Methanpyrolyse (thermische Spaltung von Methan) erzeugt, wobei anstelle von CO2 fester Kohlenstoff als Nebenprodukt entsteht.
  • Brauner Wasserstoff wird aus Kohle durch die Wassergasverschiebungsreaktion (engl. water gas shift reaction – WGSR) im letzten Schritt gewonnen, wobei das Nebenprodukt der Reaktion COist. Die ersten Schritte in diesem Prozess sind die partielle Oxidation und die Vergasung.
  • Blauer Wasserstoff ist grauer oder brauner Wasserstoff, wobei der bei dem eingesetzten Verfahren entstehende Kohlenstoff durch industrielle Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (engl. carbon capture and storage – CCS) abgeschieden und gespeichert wird.

H2Tabelle

Quelle: Eigene Darstellung (HyCentA)

6. Wie wird Wasserstoff transportiert?
95 % des erzeugten Wasserstoffs werden vor Ort für industrielle Prozesse genutzt. Nur 5 % werden mit verschiedenen technischen Mitteln transportiert. Am häufigsten wird Wasserstoff in gasförmigem, komprimiertem Zustand bei 200-500 bar (CGH2) oder in flüssigem Zustand (LH2) transportiert. Auf der Straße kann ein typischer 300 bar GH2 Trailer etwa 1 t Wasserstoff und ein typischer LH2 Trailer etwa 3,5 t transportieren. Für große Entfernungen und große Mengen ist die Verteilung über Pipelines geeignet. Dazu können bestehende Erdgasleitungen einfach auf 100 % Wasserstoff umgerüstet werden oder bis zu 4 Vol.-% Wasserstoff können ohne Anpassungen in das Erdgasnetz in Österreich beigemischt werden.
Im Rahmen des Projektes EnergyHyWay wird der Transport von großen Mengen Wasserstoff untersucht. Ein von HyCentA entwickeltes Tool ermöglicht die Berechnung der Energieeffizienz verschiedener Transportwege. Ziel der Sondierungsstudie ist eine Gesamtbewertung der vielversprechendsten Wasserstoffversorgungspfade für die Mobilität. Dies beinhaltet eine vergleichende energetische und ökologische Bewertung – beginnend mit grünem Wasserstoff und endend mit der endgültigen Anwendung in der Mobilität. Neben dem direkten Wasserstoffpfad werden auch verschiedene Wasserstoffträgersysteme wie flüssiger organischer Wasserstoffträger (LOHC) oder Ammoniak (NH3) bewertet.
7. Wie wird Wasserstoff gespeichert?

Aufgrund der geringen Dichte von Wasserstoff stellen die Speicherung und der Transport mit ausreichender Energiedichte eine technische und wirtschaftliche Herausforderung dar. Die Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung lassen sich in physikalische Speichermethoden und chemische Speichermethoden unterteilen. Physikalische Speichermethoden sind komprimierter gasförmiger Wasserstoff (CGH2), flüssiger Wasserstoff (LH2) und kryogener komprimierter Wasserstoff (cCH2):
• Gasförmiger komprimierter Wasserstoff wird mit einem Druck von 300 bis 700 bar in Druckbehältern gespeichert und transportiert
• Flüssiger kryogener Wasserstoff bei Temperaturen unter -252,85 °C (20,3 K) und LH2 (flüssiger Wasserstoff) werden in kryogenen Behältern gespeichert und transportiert
Chemische Speichermethoden sind flüssige Hydride (flüssige organische Wasserstoffträger, LOHC), feste Hydride (Metallhydride, MH) oder Ammoniak (NH3), derzeit vorwiegend im Laborstadium.
Kleine Mengen von Wasserstoff werden in der Regel in Druckbehältern gespeichert. Größere Mengen, zum Beispiel für die saisonale Speicherung erneuerbarer Energien, können in unterirdischen Gasspeichern gelagert werden. Das Projekt Underground Sun Storage 2030 zielt auf die sichere, saisonale und großtechnische Speicherung von erneuerbarer Energie in Form von Wasserstoff in unterirdischen Gasspeichern ab. Eine Pilotanlage an einem ehemaligen Erdgasspeicher in der Gemeinde Gampern (Oberösterreich) soll bis 2025 interdisziplinären technisch-wissenschaftlichen Untersuchungen für die Energiezukunft unter realen Bedingungen dienen.

8. Wie funktioniert die Elektrolyse?

Die Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, was bedeutet, dass Elektrizität in einer so genannten elektrochemischen Zelle angelegt wird, was zur Spaltung der Moleküle in dieser Zelle führt. Eine elektrochemische Zelle besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch ein ionenleitendes Material (Elektrolyt) getrennt sind. Im Falle der Wasserelektrolyse führt die Zufuhr von Strom zur Aufspaltung von Wassermolekülen (H2O – flüssig oder gasförmig) in H2 (gasförmig) und O2 (gasförmig). Die beiden Produktgase verlassen die Zelle getrennt und können separat genutzt werden. Durch Elektrolyse kann elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt werden.

Quelle: Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik, M. Klell, H. Eichlseder, A. Trattner; Springer Vieweg, Wiesbaden, 2018

9. Welche verschiedenen Arten von Elektrolyseuren gibt es?

Elektrolyseverfahren werden in der Regel nach dem verwendeten Elektrolyten und der Betriebstemperatur unterschieden. Die alkalische Elektrolyse (AEL) verwendet Kaliumhydroxid als Elektrolyt und arbeitet bei niedrigen Temperaturen um 60-70 °C. Es handelt sich um eine industrialisierte Technologie und es sind mehrere hundert MW installiert.
Die Polymerelektrolytmembran Elektrolyse (engl. proton exchange membrane electrolyis – PEMEL) ist eine Technologie, die durch eine Membran gekennzeichnet ist, die Anode und Kathode trennt. Diese Membran kann H+-Ionen (Protonen) transportieren und dient als Elektrolyt in der Zelle. PEM-Elektrolyseure sind auf dem Markt bis zur Multi-MW-Größe erhältlich. Hohe Leistungsdichte, kompakte Bauweise und Betrieb unter Differenzdruck (Wasserstoff wird unter einem Druck von bis zu 160 bar erzeugt) sind die Hauptmerkmale von PEM-Elektrolyseuren. Die Technologie ist jedoch teuer und benötigt kritische Rohstoffe, wie Platin.
Das alkalische Gegenstück zu PEM-Elektrolyseuren ist der Anionenaustauschmembran Elektrolyseur (engl. Anion exchange membrane electrolyis – AEMEL). Er verwendet verdünntes Kaliumhydroxid als Elektrolyt und eine anionenleitende Membran zur Trennung von Anode und Kathode. AEM-Elektrolyseure können unter Differenzdruck (30 bar) betrieben werden und lassen sich aus reichlich vorhandenen, kostengünstigen Materialien herstellen. Diese Technologie befindet sich derzeit auf dem Weg zur Marktreife.
Die Festoxid-Elektrolyse (engl. Solid oxide electrolysis – SOEL) ist eine so genannte Hochtemperaturtechnologie, die bei bis zu 1000 °C arbeitet, während alle anderen Elektrolyseurtechnologien Niedertemperaturanwendungen sind. Als Elektrolyt werden O2–Ionen leitende Materialien verwendet. Diese Technologie verspricht einen sehr hohen Wirkungsgrad und einen Betrieb bei bis zu 30 bar. Bislang befindet sich diese Technologie jedoch noch im Stadium der Forschung und Entwicklung.

Elektrolyseure

10. Was sind Power-to-Gas, Power-to-Hydrogen, Power-to-Heat, Power-to-Liquid und Power-to-X?

Power-to-Gas (P2G): Erneuerbare Elektrizität (Strom, engl. Power) wird zur Erzeugung eines gasförmigen Brennstoffs verwendet. Power-to-Gas (P2G) ist die einzige Technologie, die eine Speicherung im Terawattstunden-Maßstab ermöglicht. Wasserstoff wird in einem Speichersystem wie Tanks, Kavernen oder dem Erdgasnetz gelagert. Die Nutzung des Erdgasnetzes würde es ermöglichen, sehr große Mengen an erneuerbarem Wasserstoff sehr kostengünstig zu speichern, da nur sehr wenig neue Infrastruktur gebaut werden muss. Power-to-Hydrogen (P2H2) bezeichnet eine Technologie, bei der Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt wird. Wasserstoff wird zum Träger von erneuerbarer Energie, wenn erneuerbarer Strom für diesen Prozess verwendet wird. Power-to-Liquid (P2L) ist ein Verfahren, bei dem die Produkte aus dem P2G-Prozess anschließend in flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden, zum Beispiel durch das Fischer-Tropsch-Verfahren, bei dem H2 und CO2 zu flüssigen Kohlenwasserstoffen (Diesel, Kerosin) reagieren. Power-to-Heat (P2H) ermöglicht die Nutzung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energiequellen in Form von Wärme.
Power-to-X (P2X) ist eine Reihe von Technologien, die die Umwandlung von Strom in Energieträger, Chemikalien und Wärme ermöglichen. Der Begriff fasst verschiedene in diesem Zusammenhang eingesetzte Techniken zusammen, wobei sich X auf das Ergebnis der Umwandlung bezieht.
Im Rahmen von Renewable Gasfield wird in der Südsteiermark eine Power-to-Gas-Anlage errichtet. Eine PEM-Elektrolyse erzeugt grünen Wasserstoff aus regenerativen Ressourcen, hauptsächlich aus einem 1,5 MW PV-Feld vor Ort. Das H2 wird entweder für eine 350 bar Wasserstofftankstelle oder für einen Methanisierungsprozess von kohlenstoffreichem Biogas verwendet. In der südlichen Steiermark (Österreich) wird eine bestehende Biogasanlage mit halber Kapazität betrieben. Die Kopplung mit einer lastflexiblen Methanisierung wird die Erzeugung und Speicherung von synthetischem Erdgas (engl. Synthetic natural gas – SNG) im Gasnetz ermöglichen.

Renewable Gasfield

Quelle: WIVA Projekt Renewable Gasfield

11. Wie wird Wasserstoff die anspruchsvollen Sektoren für grüne Energie wie Chemie, Zement und Stahl unterstützen?
Etwa 2 % des weltweiten Energieverbrauchs entfallen bereits auf Wasserstoff. Es handelt sich nicht um eine Nische, sondern um einen etablierten Energieträger, der heute meist aus Erdgas hergestellt wird. Eine zentrale Aufgabe besteht darin, die Produktion dieses heute grauen Wasserstoffs auf grünen umzustellen. Aber das Potenzial ist viel, viel größer, weil wir viel mehr Prozesse dekarbonisieren müssen, zum Beispiel die Stahlproduktion.
Für die meisten Hochtemperaturprozesse wie Zement oder Glas ist die Elektrifizierung keine Option, denn man braucht einen gasförmigen Raum für die Prozesse selbst und manchmal auch ein chemisches Reagens, wie bei der Eisenverhüttung. Heute werden diese Prozesse meist mit Erdgas betrieben, und wir müssen sie auf sauberes Gas – also Wasserstoff – umstellen. Auch im Mobilitätssektor entstehen völlig neue Bereiche, zum Beispiel im Schwerlastverkehr und in der Schifffahrt.
Im Energiesektor selbst müssen wir mehr erneuerbare Energien integrieren, und die Elektrolyseure, insbesondere Power-to-Gas-Systeme, sind der Schlüssel dazu. Wasserstoff ist der Schlüssel zur Ökologisierung all dieser hochintensiven energetischen Prozesse.
12. Ist es sicher, Wasserstoff zu verwenden?
Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger ist sicher, wenn die nationalen Rechtsvorschriften eingehalten werden.
Wasserstoff ist genauso sicher wie jeder andere Kraftstoff für den Verkehr (d.h. Benzin, Diesel und Erdgas). Die Tanks werden strengen Tests unterzogen, darunter Crash-Tests, Beschuss- und Leistungstests. Außerdem werden sie aus hochfesten Verbundwerkstoffen hergestellt, die viel stärker sind als Stahl. So werden die Testtanks beispielsweise mehr als dem Doppelten des maximalen Drucks ausgesetzt, dem sie unter normalen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, um eine hochwertige Qualität zu gewährleisten. Darüber hinaus verfügen die Wasserstofftankstellen über redundante Schutzsysteme, so dass ein Überdruck im Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs praktisch unmöglich ist. Brennstoffzellen-Fahrzeuge (engl. Fuel cell electric vehicles – FCEV) und die Tankstellen, die den Wasserstoff liefern, sind heute genauso sicher wie herkömmliche Systeme. Alle FCEVs müssen dieselben strengen staatlichen Sicherheitsstandards erfüllen, die für alle Verbraucherfahrzeuge gelten.
Wasserstoff wird seit mehr als 50 Jahren sicher hergestellt und in der Industrie verwendet. Wie bei jedem anderen Kraftstoff ist ein sicherer Umgang unerlässlich, aber Wasserstoff ist ungiftig und stellt keine Gefahr für die Gesundheit von Mensch und Umwelt dar, wenn er freigesetzt wird.
13. Was ist der Unterschied zwischen Elektrizität und Wasserstoff als Energieträger?
Wasserstoff ist ein Gas (unter Standardbedingungen) mit einer hohen Reaktionsenthalpie, d.h. es wird viel chemische Energie gebunden. Einmal hergestellt, speichert Wasserstoff viel Energie, die in einer Vielzahl von Technologien gespeichert und bei Bedarf wieder in Strom und Wärme umgewandelt werden kann. Elektrische Energie (“Elektrizität”) wird manchmal unter dem Begriff Energieträger zusammengefasst, obwohl es angemessener ist, sie als eine Form von Energie zu bezeichnen, da Elektrizität gleichzeitig mit ihrer Erzeugung auch verbraucht werden muss. Um elektrische Energie zu speichern, sind eigene Speichertechnologien wie Pumpspeicher oder Akkumulatoren erforderlich.

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