Mit Wasserstoff die Energiewende retten?

Verwendet wird er bisher nur für chemische Prozesse. Nun soll er die Vollversorgung mit Wind- und Solarstrom sichern. Dann würde in Deutschland auf jedem zweiten Quadratkilometer eine Windflügelanlage stehen. Der aus Wasserstoff wiederhergestellte Strom wird allein schon in der Erzeugung über 50 Cent je kWh kosten, für den Endverbraucher doppelt so viel. Eine alte ökonomische Lehrweisheit zu staatlicher Intervention bestätigt sich aufs Neue. Das Ergebnis sind eine Bürokratie-Orgie sowie schwere und nachhaltige Zerstörungen. Daher Finger weg davon. Der Schaden dieser Politik darf nicht noch größer werden. Die ganze „Energiewende“ ist ohnehin verkorkst. Sie ist heillos und daher aufzugeben.

Wasserstoff spielt in Industrie und Chemie seit Jahrzehnten eine wichtige Rolle. Inzwischen ist er aber auch dafür ausersehen, die „Energiewende“ zu retten. Ohne Wasserstoff werde die Klimaneutralität nicht gelingen. Wasserstoff sei ohnehin die Energie der Zukunft. Kann er die „Energiewende“ wirklich retten? Und wenn er es kann, dann muss es auch wirtschaftlich sein, nicht für Lobbyisten und Glücksritter, sondern für die deutsche Volkswirtschaft insgesamt. Das absonderliche und höchst fragwürdige Klimaschutzurteil des Bundesverfassungsgerichts, das der Bundesregierung  den rascheren Umstieg auf alternative Energiequellen auferlegt, kommt den Energiewendern an sich wie gerufen. Aber es verschärft ein Problem, das sich mit  mehr Wind- und Sonnenkraftanlagen gerade nicht lösen lässt. Denn je mehr davon errichtet werden, umso mehr nehmen die Schwankungen im Stromnetz zu. Noch gleichen Kohle- und Kernkraftwerke diese Schwankungen aus, aber die sollen verschwinden. Und nun noch schneller. Was dann?

Der Hintergrund

Mit der Energiewende will Deutschland vorgeblich das „Klima schützen“ helfen, genauer: das Klima vor einer Erwärmung schützen: Die Erwärmung sei eine Folge der CO₂-Emissionen beim Verbrennen fossiler

Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas). Dieses anthropogene CO₂ sei zu verhindern, Deutschland müsse „klimaneutral“ werden. Gelungen soll das mit der Nutzung von Energie aus Wind, Sonnenschein, Pflanzenvergärung und mit Wasser (physikalisch falsch „erneuerbare“ Energien genannt). Diese Energie wird in Strom umgewandelt und mit ihr seit Beginn der  deutschen „Energiewende“ Strom erzeugt – in Windflügel-Kraftwerken, Fotovoltaik-Modulen und Vergärungsgas-Anlagen. Weil Wind, Sonnenlicht und Pflanzenvergärung  zum Stromerzeugen unwirtschaftlich sind, wird dieser Alternativ-Strom per Gesetz stark subventioniert, und die wirtschaftliche herkömmliche Stromerzeugung wird, gewollt, verdrängt.

Zufallsstrom von Wind und Sonne soll ersetzen, was sich bewährt hat und weiterhin bewährt

Wind und Sonne liefern aber keinen verlässlichen Strom, sondern nur Zufallsstrom. Starke Schwankungen in der Stromversorgung sind die Folge. Strom nach schwankendem Bedarf und die dafür nötige sogenannte Grundlast können nur die herkömmlichen Kraftwerke liefern, auch die mit Kernkraft betriebenen. Mit ihren schweren rotierenden Generatoren sind nur sie in der Lage, die erforderlich Netzfrequenz von 50 Hz stabil zu halten und einen flächendeckenden totalen Stromausfall zu verhindern, mit Wind und Sonne geht das nicht. Doch diese bewährten Stromerzeuger wollen die „Grünen“ in allen Altparteien, die Energiewender, verschwinden lassen. Zufallsstrom von Wind und Sonne soll also ersetzen, was sich bewährt hat und nach wie vor wirtschaftlich ist. Soweit der Hintergrund für das neue Vorhaben.*⁾

Mit Wasserstoff als Speicher und Treibstoff die Energiewende retten?

Den Wasserstoff nun haben die Energiewender als weitere interventionistische Maßnahme ausgeguckt. Wenn Wind und Sonnenschein zuviel Strom liefern, soll mit ihm Wasserstoff erzeugt werden. Dieser Wasserstoff ließe sich speichern und zur Stromerzeugung dann einsetzen, wenn Wind und Sonnenschein für den Strombedarf nicht reichen. Dieser  „grüne“ Wasserstoff soll auch Züge, Autos und Flugzeuge**⁾ antreiben sowie Wohnungen warmhalten. Wasserstoff als Retter der Energiewende? Gespeicherter Wasserstoff soll also ersetzen, was für die Netzstabilität bisher die herkömmlichen Kraftwerke leisten. Wasserstoff soll einspringen, sobald Wind und Sonne für den Strombedarf ausfallen, damit es nicht zum hochgefährlichen „Blackout“ kommt. Die folgenden technisch-physikalischen Erläuterungen, auch die zu den Kosten,  stützen sich auf eine Ausarbeitung von Prof. Dr. Ing. Hans-Günter Appel für den Verein Stromverbraucherschutz NAEB e.V.

Zwar je Kilogramm vierfach energiereicher als Benzin und Diesel …

Wasserstoff ist ein farbloses Gas. Er wird bei minus 252 Grad Celsius flüssig und bei minus 259 Grad Celsius fest. Er ist das leichteste Element mit dem kleinsten Atomdurchmesser und dem höchsten Energieinhalt je Gewichtseinheit mit knapp 40 Kilowattstunden je Kilogramm (kWh/kg). Das ist fast das Vierfache von Benzin und Diesel.

… aber als Gas mit einem viermal größeren Volumen als Benzin und flüssig doppelt so viel

Doch Wasserstoff hat ein großes Volumen. Selbst im flüssigen Zustand ist das Volumen von Wasserstoff für den gleichen Energieinhalt viermal größer als für Benzin. Im gasförmigen Zustand nimmt das Volumen bei einem Druck von 200 bar auf das Vierfache zu und bei einem von 700 bar auf das Doppelte des Flüssigvolumens. Gebraucht werden dafür Hochdrucktanks. Ein solcher Tank mit einem Fassungsvermögen von 125 Litern hat ein Gewicht von 125 kg, fasst  beim Druck von 700 bar nur 5 kg Wasserstoff und damit die Energiemenge von nur 22 Litern Benzin.

Wegen der Diffusion der Wasserstoff-Atome durch alle Metalle werden Spezialtanks nötig

Die kleinen Wasserstoffatome diffundieren durch alle Metalle. Diffusion ist ein Platzwechsel von Atomen oder Molekülen durch Wärmeschwingung. Die kleinen Atome diffundieren in den Zwischenräumen der viel größeren Metallatome vom hohen Innendruck nach außen. Normale Metalltanks können so innerhalb von einigen Wochen mehr als die Hälfte des Wasserstoffs verlieren. Deshalb wurden Tanks aus Werkstoffen entwickelt, die die Diffusion weitgehend verhindern.

Verwendet bisher nur für chemische Prozesse

An Wasserstoff jährlich erzeugt werden weltweit rund 30 Millionen Tonnen. Mit dieser Menge könnte man gerade nur 1 Prozent des Weltstrombedarfs decken. Doch ist Wasserstoff für die Stromversorgung offensichtlich unwirtschaftlich, sonst würde er längst dafür eingesetzt worden sein. Verwendet wird er aber für viele chemische Prozesse, darunter zur Herstellung von Dünger und zum Härten von Fetten für Margarine. Notwendig ist er zur Kohlehydrierung, mit der flüssige Treibstoffe gewonnen werden. Dieser Prozess ist jedoch gegenüber Treibstoffen aus Erdöl unwirtschaftlich.

Das bisher wirtschaftlichste Verfahren, Wasserstoff zu gewinnen 

Das Umkehrverfahren, Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen und Wasser zu gewinnen, ist dagegen das heute wirtschaftlichste Verfahren. Bei hohen Temperaturen verbindet sich der Sauerstoff des Wassers mit dem Kohlenstoff und setzt dabei Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid frei. Eine andere Möglichkeit ist, Wasser auf Temperaturen von weit über 1000 Grad Celsius zu erhitzen. Bei diesen hohen Temperaturen dissoziiert das Wasser, das heißt, es zerfällt in Wasserstoff und Sauerstoff. Ein schwedisches Unternehmen hat ein Verfahren entwickelt, bei Temperaturen von 1600 Grad Celsius Wasserstoff aus dem Gasgemisch abzutrennen.

Bekannt seit hundert Jahren: die Wasserelektrolyse, aber die ist zu teuer

Seit mehr als hundert Jahren bekannt ist die Wasserelektrolyse. Leitet man Gleichstrom durch Wasser, dann entwickelt sich an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff. Doch dieses einfache Verfahren wird fast nur im Labor angewendet, weil es zu teuer ist. Zwar gibt es noch weitere Möglichkeiten, Wasserstoff zu erzeugen, doch haben sie nur geringe Bedeutung.

Wie Wasserstoff die Vollversorgung mit Wind- und Solarstrom sichern soll

Um die Kohle- und Gaskraftwerke durch Windstromanlagen zu ersetzen, müssten mindestens 100.000 neue große Windgeneratoren der Drei-Megawatt-Klasse zu den derzeit rund 30.000 bestehenden Anlagen hinzukommen, um wenigstens rechnerisch den deutschen Jahresbedarf zu decken. Dann käme es, wenn der Wind stark weht, beim Windstrom zu erheblichen Leistungsüberschüssen. In diesem Fall also soll der überflüssige Windstrom elektrolytisch Wasserstoff erzeugen. In Flautezeiten würden ihn Gaskraftwerke dann wieder umwandeln in Strom, der ausgleichen soll, was die Windstromanlagen nicht liefern können. .

Dann würde in Deutschland auf jedem zweiten Quadratkilometer eine Windflügelanlage stehen

Angenommen, ein solcher Ausgleichsstrom hätte 20 Prozent des Jahresstrombedarfs zu decken, dann müssten weitere 40.000 Windstromanlagen eingesetzt werden, um die Energieverluste bei der Elektrolyse und der Wiederverstromung auszugleichen. Diese Verluste machen rund zwei Drittel des Elektrolysestroms aus. Dann würde auf jedem zweiten Quadratkilometer in Deutschland ein großer Windgenerator stehen. Das dürfte politisch nicht durchzusetzen sein. Die überaus vielen Opfer dieser Bauten und die über eintausend Bürgerinitiativen, die sich im Dachverband Vernunftkraft e.V. zusammengeschlossen haben, würden eine solche Zerstörung der Umwelt wohl zu verhindern wissen.

Was tun mit den bedarflosen Überschuss-Strom?

Bereits jetzt fallen bei Starkwind und viel Sonnenschein Überschüsse von Wind- und Solarstrom an. Dieser bedarfslose Zufallsstrom muss nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) zunächst teuer mit rund 8 Cent/Kilowattstunde (Ct/kWh) vergütet werden, während Braunkohlestrom für 3 Ct/kWh erzeugt wird. Das ist der eine interventionistische Eingriff. Mit diesem überteuerten und (weil ohne Bedarf) an sich wertlosen Überschuss-Strom soll nun mittels Elektrolyse Wasserstoff erzeugt werden, um ihn dann, wenn es bei Flaute und Dunkelheit an Wind- und Solarstrom mangelt, wieder in Strom umzuwandeln. Das ist der weitere staatliche Eingriff in den Markt.

Was die Stromerzeugung mit Wasserstoff kostet: für den Verbraucher je kWh über 100 Cent

Aber das Verfahren ist unwirtschaftlich und treibt den Strompreis in unbezahlbare Höhen. Allein die Stromverluste bei den Energieumwandlungen verdreifachen die gezahlte Vergütung. Hinzukommen die Kosten für die Elektrolyse, die großen Gasspeicher und die Gaskraftwerke, die viel Energie in kurzer Zeit umsetzen müssen, denn die Starkwindzeiten bringen viel Energie in wenigen Stunden des Jahres. Es sind große und damit teure Anlagen, die die meiste Zeit stillstehen.
Deren Kapital- und Betriebskosten je umgesetzter Kilowattstunde sind vielfach höher als bei einem kontinuierlichen Betrieb. Die reinen Kosten dürften für den wieder eingespeisten Strom deutlich über 50 Ct/kWh liegen. Hinzu kommen dann noch die Kosten für die Verteilung, die Netzgebühren, die staatlichen Abgaben und auf dies alles die Mehrwertsteuer. Damit liegt der Endpreis wohl deutlich über 100 Cent/kWh.

Unwirtschaftlich ist die angestrebte Verwendung von Wasserstoff aus überschüssiger Wind- und Sonnenenergie zur Stromversorgung für sämtliche vorgesehenen Bereiche, also auch für PKW, LKW, Bahnen, Raumheizung und sogar für die Stahlproduktion. Auch geht bei jeder Umwandlung von Energie (hier: Wind – und Solarstrom) in eine andere Energieform (hier: Wasserstoff) und in die nächste oder in die frühere zurück Energie verloren. Umwandlungen verringern den Wirkungsgrad und kosten viel Geld.

Wie soll Wasserstoff bei der Stahlproduktion funktionieren?

Die Reduktion von Eisenerz zu Eisen mit Wasserstoff ist möglich, aber nur im festen Zustand bei etwa 900 Grad Celsius. Unter höheren Temperaturen kann Wasserstoff keinen Sauerstoff mehr binden, weil Wasserdampf dann dissoziiert, also in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Will man mit Wasserstoff Stahl herstellen, müssen Behälter mit Erzkügelchen gefüllt und auf 900 Grad Celsius erhitzt werden. Durch den Behälter wird dann  Wasserstoff geleitet. Es entsteht Wasserdampf, der entweicht. Zurück bleibt ein Eisenschwamm, der aus dem Reaktionsbehälter ausgestoßen und anschließend aufgeschmolzen wird. Für die geforderte Stahlqualität muss die Schmelze aufgekohlt, und es müssen weitere Legierungselemente zugesetzt werden. Dieser diskontinuierliche Prozess ist um ein Vielfaches aufwendiger und energieintensiver als die Eisengewinnung mit Koks in Hochöfen.

Deutschlands Fläche ist für die Vollversorgung mit „grünem“ Strom bei weitem zu klein

Wie Überschlagsrechnungen zeigen, sind in Deutschland die Flächen zu klein, um jene Mengen an Zufallsstrom  durch Wind und Sonnenschein zu gewinnen, die für die Stromversorgung gebraucht werden. Doch die Energiewende-Diktatoren sind wie verblendet und faktenresistent. Landräte und Bürgermeister folgen ihnen. Statt den Sinn zu hinterfragen, spekulieren sie auf Zuschüsse aus Landesmitteln oder Bundesmitteln. So werden Steuergelder vergeudet, die dringend woanders gebraucht werden: für wirkliche staatliche Aufgaben, darunter für Investitionen Straßen, Brücken, Schienenverkehr, sonstige Infrastruktur und deren Instandhaltung.

Eine alte ökonomische Lehrweisheit zu staatlicher Intervention bestätigt sich aufs Neue

Wenn staatliche Politik in den Wirtschaftsablauf interveniert, bestätigt sich, was frühere Ökonomen einst als Erfahrungswissen warnend gelehrt haben: Der ersten Intervention folgen zwangsläufig immer weitere. Zu vieles bedenken  die Interventionisten nicht und können es auch nicht bedenken. Stets ist ihr Wissen zu unvollständig, die Folgenabschätzung zu ungenau, nicht absehbar genug oder gar falsch. Auf jede staatliche Intervention reagieren die Unternehmen und die Menschen zu unterschiedlich und in zu vielfacher Weise. Sie nutzen sie aus oder weichen ihr aus oder reagieren überhaupt nicht. Und schon beeilen sich die Interventionisten nachzujustieren. So entsteht eine Maßnahme nach der anderen und wuchert aus zu einem bürokratischen Monster. Produktive Arbeitsplätze  werden behindert bis zerstört, unproduktive Arbeitsplätze in der Bürokratie von Staat und Unternehmen breiten sich dagegen aus, unnötig höhere Kosten sind die Folge –  bis die Regulierung in sich zusammenbricht, aber erst eines fernen Tages.

Interventionsergebnis: eine Orgie an Bürokratie sowie schwere und nachhaltige Zerstörungen

Gelehrt wird dieses ökonomische Erfahrungswissen als Warnung an den Staat – theoretisch untermauert von dem Ökonomen Ludwig von Mises (1881-1973) –  heute so gut wie nicht mehr, und würde es noch gelehrt, würde das die Interventionisten keinen Deut scheren. Wie sehr es weiterhin zutrifft und Bestand hat, beweisen die Altparteien nun schon seit den 1980er Jahren aufs Neue mit der Energiewende. Einiges spricht dafür,  dass zumindest ein Teil ihrer Politiker in die Orgie dieser Interventionsbürokratie nicht unbeabsichtigt hineingeschlittert ist, sondern es genauso gewollt hat. So richten sie mit der Energiewende ein heilloses Durcheinander und schwere, nachhaltige Zerstörungen an  – und machen unverdrossen weiter. Unabhängigen und unbefangenen Fachleuten stehen, wie ihre Analysen und Kommentare zeigen, die Haare zu Berge. Bundesregierung, alle ergrünten Altparteien, alle Energiewende-Profiteure und die Wasserstoff-Lobby sind hellauf begeistert.

Die Antwort auf die Frage „Energiewende auch mit Wasserstoff?“ lautet: Finger weg davon. Der Schaden dieser Politik darf nicht noch größer werden. Die ganze „Energiewende“ ist ohnehin verkorkst. Sie ist heillos und daher aufzugeben.

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*⁾ Eine gute Darstellung der Probleme gibt Andreas Frey im Wissenschaftsteil der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung (FAS) vom 16. Mai 2021, Seite 61 (hier).  Entschei­dend sei, wie sich  die Über­schüs­se an Wind- und Sonnenstrom im Sommer in den Winter retten ließen. Auf lange Sicht bleibe wohl nur der mit den Sommer-Überschüssen erzeugte Wasser­stoff, der dann im Winter „rückverstromt würde.  Wasser­stoff könne große Ener­gie­men­gen spei­chern und lasse sich gut trans­por­tie­ren. Frey verweist auf die Kritiker, die dieses Vorhaben „völlig utopisch“ nennen: „Diese weisen auf die immensen Kosten hin, die sich auch aus den Natur­ge­set­zen erge­ben: Der maxi­mal mögli­che Wirkungs­grad der Umwand­lung elek­tri­scher Ener­gie in die chemi­sche Ener­gie des Wasser­stoffs ist mit 70 Prozent vergleichs­wei­se nied­rig. Den Gesamt­wir­kungs­grad der Rück­ver­stro­mung schät­zen Exper­ten sogar nur auf 30 bis 40 Prozent, ein Groß­teil der Ener­gie ginge also verlo­ren

**⁾ Künftig auf Wasserstoff als Flugzeugtreibstoff setzt der Flughafen Lübeck. Quelle: Lübecker Nachrichten vom 9. Mai 2021, Seite 13 mit der Schlagzeile „Flugverkehr der Zukunft: Fliegen mit Wasserstoff“). Das Blatt zitiert den Flughafen-Geschäftsführer Jürgen Friedel zu den Aussichten für die Folgen: „Fluggäste müssen bereit sein, höhere Preise zu akzeptieren, die Zeit des Billigfliegens ist vorbei.“