Wasserstoff und E-Fuels

Kennen Sie den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? Nein?

Ganz vereinfacht geht der so: Alles im Universum strebt am Ende einen Gleichgewichtszustand an, also eine Art "Einheitssuppe" von Masse und Energie. Das führt dazu, dass Prozesse von Natur aus immer in eine Richtung ablaufen (z. B. von warm nach kalt, von geordnet zu ungeordnet, von separiert zu gemischt). Wenn dagegen die Ordnung erhöht werden soll (z. B. Glas aus Sand herstellen, Stahl aus Eisenerz oder einen Ziegel aus einem Lehmklumpen), muss dafür zusätzliche Energie aufgewendet werden. Das führt in der Konsequenz dazu, dass alle Umwandlungsprozesse mit (Wärme-)Verlusten behaftet sind. Am Ende ist immer weniger drin, als vorher reingesteckt wurde.

Wasserstoff

Reiner Wasserstoff kommt in der Natur kaum vor, weil er sehr reaktionsfreudig ist. Daher muss er durch Umwandlung aus anderen Ausgangsprodukten (z. B. Erdgas = "grauer Wasserstoff" oder erneuerbarem Strom = "grüner Wasserstoff") gewonnen werden. Und hier kommen wieder die Umwandlungsverluste ins Spiel: Wird Wasserstoff mittels Elektrolyse (Spaltung von Wassermolekülen) aus erneuerbarem Strom gewonnen, bleiben von 10 kWh eingesetztem Strom nur noch 7 kWh übrig. Dabei noch nicht mitgerechnet, dass man je kg Wasserstoff theoretisch 9 Liter (praktisch mit Berücksichtigung von Spülwasser usw. ca. 50 Liter) destilliertes Wasser benötigt. Dann muss der Wasserstoff auch noch verdichtet und zur Tankstelle transportiert werden. Diese muss für den Tankvorgang dann auf tiefe Minusgrade gekühlt werden. Dann kommt der Wasserstoff in eine Brennstoffzelle, die ihrerseits ca. 60 % Wirkungsgrad hat. Am Ende bleiben also von 10 kWh im besten Fall 3 kWh übrig. Bei einer direkt- oder batterieelektrischen Nutzung sind es rund 9 kWh. Das bedeutet: Wollten wir unsere Heizungen oder Autos tatsächlich auf Wasserstoff umstellen, brauchen wir mindestens die dreifache Menge von Solar- und Windkraftanlagen. Wasserstoff wird daher den Anwendungen vorbehalten bleiben, die keine Alternativen haben (z. B. Flugverkehr, Stahl- oder Chemieindustrie).

E-Fuels

So genannte E-Fuels sind Kraftstoffe, die ähnliche Eigenschaften wie Diesel oder Benzin aufweisen, aber aus erneuerbarem Strom hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt, in dem zunächst Wasserstoff gewonnen wird (siehe oben) und dieser unter Energiezufuhr mit CO2 zu Methan reagiert. Dieses wird unter weiterer Energiezufuhr zu langkettigen Kohlenstoffmolekülen verknüpft. Und dieses Produkt wird in hoch-ineffizienten Verbrennungsmotoren verbrannt. Am Ende bleiben von 10 eingesetzten Kilowattstunden nur noch 1 kWh übrig (zum Vergleich: direkt-elektrisch: 9 kWh). Das bedeutet: Schon wegen der Physik werden E-Fuels nur bei Spezialanwendungen und vielleicht bei Millionären eine Rolle spielen.