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Wie Wasserstoff das Öl der Zukunft wird!

Transformation der Industrialisierung in das 21. Jahrhundert

Die Ausgangslage

Aufgrund der jeweils vorherrschenden regionalen Randbedingungen etablierten sich in den unterschiedlichen Volkswirtschaften der Welt entsprechende Industriezweige. Man kann sagen, Nationen entwickelten auf speziellen Gebieten ein hohes Maß an Expertise, das sie gegenüber anderen Nationen auszeichnet.

Anders ausgedrückt: verschiedene Regionen der Welt haben unterschiedliche „Talente“ und tun, was sie am besten können.

Vereinfacht formuliert stellen die Länder des Südens die notwendigen Ressourcen und die Länder des mittleren Ostens die notwendige Energie zur Verfügung, damit die Länder des Nordens Waren produzieren können. Leider befindet sich dieses System in keinem gesunden Gleichgewicht.

Folgen dieses Ungleichgewichts sind Verteilungskämpfe in Form von kriegerischen Auseinandersetzungen um Energie und Rohstoffe unter Verarmung ganzer Volksgruppen mit daraus resultierender Migration.

Die Welt diskutiert seit Jahrzehnten wie dieses Ungleichgewicht verringert werden kann, behandelt jedoch nicht die Wurzel des Übels, sondern nur die Symptome.
Bisher hat jedoch niemand gewagt die eigentliche Ursache des Problems zu lösen, da sich die involvierten Parteien über keinen Ersatz für den Energieträger einigen konnten, der nicht nur die Weltwirtschaft antreibt, sondern als Synonym für den menschlichen Fortschritt schlechthin gehalten wird: Industrialisierung auf Basis von Kohlenwasserstoffen zur Produktion und Energieversorgung.

Ein Planet am Limit

Die Menschheit hat in den vergangenen zweihundert Jahren ein Wirtschafts- und damit einhergehend Bevölkerungswachstum erfahren, das in ihrer Geschichte einmalig ist. Diese Entwicklungen und das einhergehende Wachstum haben jedoch einen hohen Preis: unserem Planeten wird weitaus mehr abverlangt als er auf Dauer verkraften kann.

Der Overshoot-day, also der Tag im Jahr, an dem rein rechnerisch mehr Ressourcen verbraucht werden, als unserem Ökosystem im Laufe eines Jahres entnommen werden können, ohne seine Substanz zu verbrauchen, rückt immer weiter nach vorne. In 2018 waren bereits zum 1. August alle für das gesamte Jahr zur Verfügung stehenden Ressourcen verbraucht. Von da an und den Rest des Jahres lebt die Menschheit nun fünf von zwölf Monaten auf Kosten ihrer Nachkommen.

Es zeichnet sich also immer deutlicher ab, dass die notwendigen Steigerungen zur Versorgung großer aufstrebender Volkswirtschaften aufgrund ihrer anvisierten Wachstumspläne (z.B. 100% bis 2030 in China) zunehmend schwieriger und bereits mittelfristig – zumindest basierend auf den bisherigen konventionellen Energiequellen und Paradigmen – sowohl aus Sicht der verfügbaren Ressourcen, als auch aus ökologischer Sicht unmöglich erscheinen.

Internationale politische und gesellschaftliche Spannungen sind nur Vorboten einer sich abzeichnenden Inflation gegenseitiger internationaler Sanktionierungen bis hin zum Wirtschaftskrieg: eine Folge der sich immer deutlicher abzeichnenden und unvermeidbar weiter zunehmenden Verteilungskämpfe.

Wenn die Erdbevölkerung so weiterlebt, benötigen wir bis 2030 zwei Planeten, um den Bedarf an Nahrung und erneuerbaren Rohstoffen zu decken.

Historie: die Industrielle Revolution

Die Industrialisierung begann Ende des 18. Jahrhunderts in England und verbreitete sich von dort aus über ganz Europa bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts. Die Basis für die sogenannte erste industrielle Revolution bildeten Kohle und Eisenerz, welche die notwendigen Zutaten für die Herstellung von Stahl sind. Stahl bildet die Grundlage der Industrialisierung und ist der Ausgangsstoff zur Herstellung von Dampfmaschinen, welche die erste Industrielle Revolution in Gang setzten; zuerst in Europa und USA, etwas später in Russland, gefolgt von China. Die zweite Industrielle Revolution charakterisiert sich durch die Elektrifizierung und die Einführung der Massenproduktion zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Die dritte industrielle Revolution wird durch die Einführung der Computertechnologie und der Digitalisierung ab Mitte des 20. Jahrhunderts definiert.

Sowohl die zweite als auch die dritte industrielle Revolution basieren auf der ersten, denn die notwendige Energie zum Betrieb der notwendigen Maschinen stammt beinahe ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen.

Der aus diesen technischen Revolutionen entstehende Teufelskreis bezüglich Ressourcenverbrauch und wirtschaftlichem Ungleichgewicht kann unterbrochen werden, indem die wechselseitige Abhängigkeit von Warenproduktion und Energieversorgung durch Kohlenwasserstoffe entkoppelt wird. Mit anderen Worten: zukünftig sollten Kohlenwasserstoffe nur als Rohstoff für die Warenproduktion und Wasserstoff für die Energieversorgung Verwendung finden.

Die Lösung



Power-to-Gas als CO2-freie Energieversorgung bis zum Jahr 2050

Power-to-Gas

Der vielversprechendste Ausweg aus dem Dilemma weiterhin notwendigen Wachstums gepaart mit rasant steigendem Energiehunger bei längst erreichter Leidensfähigkeit unseres Planeten bietet mittels Photovoltaik (Power) produzierter Wasserstoff (Gas), auch „Power-to-Gas“. Durch Elektrolyse hergestellter Wasserstoff (H2) eröffnet als einziger Energieträger das Potential, die Energieversorgung mittels Erdöl und Erdgas und deren riesigen Energieinhalt zu ergänzen und langfristig sogar zu ersetzen.

Kein anderer Energieträger vermag zu leisten, was mit Wasserstoff möglich ist. Aufgrund der 3-fach höheren gravimetrischen Energiedichte von Wasserstoff gegenüber Erdöl und Erdgas auf der Erzeugerseite und diese „gehebelt“ mit dem doppelten Wirkungsgrad von Brennstoffzellen gegenüber Verbrennungskraftmaschinen auf der Verbraucherseite, kann eine ökologische, ökonomische und sozial nachhaltige echte „vierte Industrielle Revolution“ basierend auf in Wasserstoff gespeicherter und vollständig nachhaltig erzeugter Energie initiiert werden.

Zutaten der vierten Industriellen Revolution: Sonne und Sand

Zur Etablierung von Wasserstoff als Energieträger bedarf es regenerativer Energiequellen für dessen Erzeugung, vorzugsweise aus Photovoltaik.

Die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom ist nicht nur eine sehr elegante und effiziente Methode, sondern auch die günstigste und somit die beste Wahl.

Photovoltaikzellen werden aus Siliziumkristallen hergestellt, welche wiederum aus Sand gewonnen werden. Der generierte Strom wird verwendet, um durch Spaltung von Wasser mittels Elektrolyse Wasserstoff zu produzieren.
Die Produktion mittels Elektrolyse aus grünem Strom anstelle der bislang vorherrschenden Dampfreformierung von Erdgas, stellt derzeit das effizienteste und nachhaltigste Verfahren zur CO2-freien Erzeugung von Wasserstoff dar.

Eine derart skalierbare Energieversorgung hat das Potenzial weiteres Wachstum zu ermöglichen ohne Verteilungskämpfe und schwerwiegende ökologische Konsequenzen. Der durch die stete Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit des gewonnenen und gespeicherten Sonnenstroms eingeleitete industrielle Wandel hat daher sowohl das politische als auch ökonomische Potential genau den „geistigen Klimawandel“ zu erzeugen, den der Planet so dringend braucht.

grafik-sonne-sand

Energiedichte

Vergleicht man die weltweite Erdöl– und Erdgasproduktion mit dem vorhergesagten Weltwirtschaftswachstum für das nächste Jahrzehnt, so wird offensichtlich, dass der dafür notwendige Energiebedarf nicht allein durch Kohlenwasserstoffe gedeckt werden kann, da diese einfach nicht vorhanden sind.

In BRICS Ländern wie China soll das BIP nach Plan der Regierung in den nächsten zwölf Jahren mit durchschnittlich 7% wachsen. Das führt zu einer Verdoppelung des Energiebedarfs. Aus Gesundheits-, Umwelt- und volkswirtschaftlichen Gründen kann dieser zusätzliche Energiebedarf nicht durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen gedeckt werden.

Mit Fortschreiten der oben beschriebenen drei Stufen der industriellen Revolution hat sowohl die Energiedichte der Energieträger als auch die Effizienz der damit befeuerten Maschinen stetig zugenommen.

Mit dem Wechsel des Energieträgers vom Kohlenwasserstoff (CxHy) zu Wasserstoff (H2) geht eine erneute Verdoppelung der Effizienz durch den Wechsel von Verbrennungskraftmaschinen auf Brennstoffzellen einher, welche das notwendige Wachstum erst ermöglicht.

Rechenbeispiel

Aufgrund des doppelten Wirkungsgrads der Wandlung von H2 in Strom mit der Wasserstoffbrennstoffzelle gegenüber den meisten durch Verbrennung erreichten Wandlern (Turbine, Pkw-Motor) ändert sich das Bild erheblich.

Dieses Rechenbeispiel zeigt, dass bereits heute die Produktion von Wasserstoff als Energieträger ab einem Preis von 55 $/Barrel Rohöl betriebswirtschaftlich überlegen ist.

Öl

55$/1560 kWh = 3 ct/kWh, Öl

Ein Barrel Rohöl (159 l) hat einen Energiegehalt von 1560kWh (5626 MJ). Bei einem Preis von 55$ für ein Barrel Öl kostet somit eine Kilowattstunde chemisch in Rohöl gespeicherter Energie ca. 3,52 USCent/kWh oder 3,00 € Cent/kWh.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Öleinheit

PV

1,5ct/kWh el => 3ct/kWh, H2 *)

Bei einem nach heutigem Technologiestand erreichbaren Preis für photovoltaisch produziertem Strom von 1,50 Euro Cent/kWh (Standort: naher und mittlerer Osten) ergeben sich H2-Erzeugungskosten von 3,00 € Cent je kWh chemisch in Wasserstoff gespeicherter Energie
Das in der Planung befindliche größte Solarkraftwerk der Welt in Saudi Arabien soll eine Kilowattstunde zu einem Preis von 1,0 € Cent produzieren.
Quelle: https://www.oekonews.at/?mdoc_id=1117816
*) ohne Elektrolyseurkosten

HxCy

35% Wirkungsgrad (Verbrennungsmotoren, Turbinen)
3 ct/kWh, Öl = 9 ct/kWh, el )*

*) ohne Kraftwerkskosten

H2

50% Wirkungsgrad (Brennstoffzellen)
3 ct/kWh, H2 = < 6 ct/kWh, el *)

*) ohne Brennstoffzellenkosten

Unser Service

Die Mission des Projektes Energiewende ist es, diese Transformation von Kohlenwasserstoffen zu Wasserstoff als Energieträger mit einem hohen Maß an Expertise zu unterstützen. Ziel ist es, technologisch und politisch absolut neutral und vollkommen frei von Konventionen und Ideologien eine

  • Kosten- und Technologie optimierte
  • Betriebswirtschaftlich sinnvolle
  • Nachhaltige
  • Individuell Maßgeschneiderte
  • Skalierbare

Lösung für die CO2-freie Energieversorgung 2050 zu erarbeiten, Projektierung derartiger Anlagen zu leiten und deren termingerechte und budgetreue Realisierung zu garantieren.