Er ist geruchlos, unsichtbar und leichter als Luft. Die Rede ist von Wasserstoff. Als chemisches Element mit der Ordnungszahl 1 ist es das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Seine Bedeutung für Natur, Mensch und Umwelt ist immens und hat in den letzten Jahren mit Blick auf die Energiewende stetig an Bedeutung und Interesse zugenommen. Denn im Zuge der Energiewende hat Wasserstoff ein enormes Potenzial, der Energieträger der Zukunft zu werden.

Warum Wasserstoff als Energieträger nahezu unerschöpflich ist, wieso er sich perfekt als Brennstoff eignet und wie der Status Quo in Sachen Wasserstoff-BHKW aussieht, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Hohe Energieausbeute –Wasserstoff vs. Bio- und Erdgas

Die nachhaltige Erzeugung von Strom und Wärme spielt eine zunehmend wichtige Rolle. Die große Herausforderung hierbei: Der Einsatz konventioneller Methoden der Energieerzeugung wie beispielsweise aus Atom- und Kohlekraft wird in naher Zukunft drastisch abnehmen. Gleichzeitig steigt aber der Bedarf der Verbraucher an Strom und Wärme. Die Suche nach Alternativen hat längst begonnen – und mit Wasserstoff als möglicher BHKW-Energieträger eine zukunftsfähige Möglichkeit gefunden.

Doch was macht Wasserstoff so interessant für eine umweltfreundliche, klimaschonende und energieeffiziente Energieerzeugung? Die Antwort liefert das chemische Element selbst. Denn seine Eigenschaften machen den Einsatz auch in bereits bestehender Infrastruktur mehr als attraktiv.

Ein entscheidender Vorteil von Wasserstoff liegt darin, dass bei seiner Umwandlung in Energieformen wie Strom und Wärme keine direkten Treibhausgase freigesetzt werden, weil bei diesem Prozess überwiegend Wasser als Nebenprodukt entsteht. Wenn bei seiner Herstellung darauf geachtet wird, erneuerbare Energien einzusetzen, ist Wasserstoff ein gänzlich erneuerbarer Energieträger.

Darüber hinaus eignet sich Wasserstoff besonders gut als Speicher für überschüssige Energie aus Solar- oder Windkraftanlagen. Ist das Element an Gas gebunden, lässt sich Strom aus erneuerbaren Energien auf diese Weise sowohl zeitversetzt als auch transportabel nutzbar machen. Die notwendige Sektorenkopplung bei der Speicherung wäre damit erreicht.

Wasserstoff-BHKW – diese Möglichkeiten gibt es

Neben der Beimischung ins Gasnetz und der Entnahme von diesem Gasgemisch an anderer Stelle des Netzes gibt es auch Überlegungen, ein reines Wasserstoff-Infrastrukturnetz aufzubauen. Geht man jedoch vom bestehenden Gasnetz aus, dann hängen an diesem Netz Unmengen an verschiedensten Verbrauchern. Da Wasserstoff als Energieträger dienen soll und auch eine Speicherung darstellt, ist es nur logisch, diesen bei der Umwandlung in Energie (Strom und Wärme) möglichst effizient einzusetzen. Hier können KWK-Anlagen Punkten, beispielsweise BHKW.

Doch wie sieht der technische Stand der Entwicklung von Wasserstoff betriebenen Gasmotoren aus?

Generell kann man zwei verschiedene Betriebsweisen des Wasserstoff-BHKW unterscheiden:

  1. Betrieb mit reinem Wasserstoff
  2. Bivalenten Betrieb mit einem Gasgemisch bestehend aus Wasserstoff und Erdgas – wie es auch in einem Erdgasnetz zukünftig vorkommen kann

Bestimmend für den Umfang von Anpassungen eines Gasmotors sind neben dem prozentualen volumetrischen Wasserstoffanteil im Gasgemisch auch Randbedingungen wie kontrollierte bzw. unkontrollierte Wasserstoff-Zumischungen und die Grundgas-Qualität in Form der Methanzahl.

In der Regel sind Wasserstoffbeimischungen bis 10 Volumenprozent mit überschaubaren Anpassungen von Steuerungsparametern eines Gasmotors möglich. Bei kontrollierten Zumischungen können auch Beimischungen bis 25 Volumenprozent ohne größere Hardware-Umbauten erreicht werden. Die Leistungsdaten des Grundmotors können hier jedoch leichte Einbußen bei der elektrischen Leistung und dem Wirkungsgrad erfahren, was auf die Eigenschaften des Wasserstoffs selbst zurückzuführen sind.

Bei Wasserstoffkonzentrationen darüber und einem hundertprozentigen Wasserstoffbetrieb sind größere technologische Anpassungen vonnöten. Motorhersteller arbeiten hier neben den angepassten Softwareparametern u.a. mit Technologien wie Port Injection, angepassten Turbolader und veränderten Kolben.

Wasserstoff: Ein vielversprechender Zukunftsträger mit Nachteilen

Umweltfreundlich, klimaschonend, nahezu unbegrenzt verfügbar – die Vorteile des Einsatzes von Wasserstoff im BHKW sind offensichtlich. Doch wie so oft gibt es (noch) eine Kehrseite der Medaille: den Preis. Denn aktuell sind die Investitionskosten in Wasserstoff-BHKW um einiges höher (etwa doppelt so hoch) als für ein leistungsstarkes bio- oder erdgasbetriebenes BHKW. Allein die Umrüstung verursacht eine Menge an Kosten.

Ebenfalls ist der Preis der Beschaffung des Wasserstoffs zu berücksichtigen. Da es aktuell noch keine flächendeckende Infrastruktur für den Wasserstoff gibt, ist dieser entsprechend teuer in der Beschaffung.