Hydrogenøkonomi

En hydrogenøkonomi er et begrep om en energiøkonomi som hovedsakelig eller utelukkende bruker hydrogen som energibærer . Så langt har det ikke blitt implementert en hydrogenøkonomi i noe land på jorden.

Fra et kjemisk synspunkt er hydrogen en primær energibærer , men i naturen er det praktisk talt ikke tilgjengelig i fri form, men må først oppnås ved hjelp av andre energikilder ( fossil energi , kjernekraft eller fornybar energi ). En hydrogenøkonomi er derfor ikke automatisk bærekraftig, men bare like bærekraftig som de primære energiene som hydrogenet er hentet fra. Hydrogen produseres for tiden hovedsakelig på grunnlag av fossile brensler som metan som finnes i naturgass . Konsepter for fremtidige hydrogenøkonomier sørger for det meste for produksjon av hydrogen fra fornybare energier, noe som betyr at en slik hydrogenøkonomi kan være utslippsfri.

Selv om det ennå ikke er søkt etter noen tradisjonell hydrogenøkonomi i noe land på jorden, er det planer om å i økende grad integrere hydrogen eller drivstoff hentet fra hydrogen som metan eller metanol i den eksisterende energiinfrastrukturen som en del av energiomstillingen og utvidelsen av fornybar energi. . I mellomtiden har for eksempel den tyske føderale regjeringen igjen økt finansieringsprogrammene for regenerativt produsert grønt hydrogen betydelig .

historie

• 1874 - forfatteren Jules Verne beskrev i en dialog mellom sine fiktive karakterer, da han ble spurt om hva som skulle brennes i stedet for kull i senere tider, for første gang visjonen om å bruke hydrogen og oksygen som energikilde.
• 1923 - Forskeren John Burdon Sanderson Haldane nevnte grunnleggende prinsipper for en hydrogenøkonomi for første gang i et essay.
• 1970 - Den australske elektrokjemikeren John Bockris brukte først begrepet " hydrogenøkonomi " under et møte på General Motors Technical Center i Warren, Michigan. og, etter Joseph J. Romm (* 1960), formet den betydelig de neste årene.
• 1975 - Sammen med fysikeren Eduard Justi designet John Bockris det komplette konseptet med en hydrogenøkonomi.
• 1980 - Under påvirkning av oljekrisen utviklet fysikeren Reinhard Dahlberg konseptet med en hydrogenøkonomi der hydrogen genereres i ørkenområder ved hjelp av solenergi og transporteres til forbrukerne via rørledninger. Hovedmotivasjonen var å erstatte de fossile brenslene som tørket opp. Dahlberg hadde ikke bare vurdert de tekniske, men også de økonomiske aspektene av sin hydrogenøkonomi.
• 1994 - Det tyske luftfartsforskningsinstituttet (DLR) behandlet hydrogenproduksjon i ørkenen. På den tiden ga den 350 kW elektrolysøren som drives av solceller bevis for at produksjon av lagringsbart og transportabelt hydrogen er mulig. De tilgjengelige solressursene kan gi samme mengde energi på en prosent av landarealet i Saudi-Arabia som årlig eksporteres som råolje.
• 1999 - Den islandske regjeringen inkluderte målet om en hydrogenøkonomi (underlagt gjennomførbarhet og økonomisk levedyktighet) i sitt regjeringsprogram. Fokuset på Island var særlig på hydrogendrev for kjøretøy og fiskeflåten for å bli uavhengig av olje. Landet har ingen nedbrytbare fossile brensler, men det er rikt på strømgenererende vannkraft og geotermisk energi. For å fremme dette målet ble islandsk ny energi grunnlagt.
• 2002 - Økonom Jeremy Rifkin beskrev konseptet med en hydrogenøkonomi i sin bok Hydrogen Revolution . For Rifkin er de negative effektene på økonomien av stigende oljepriser og endepunktet for fossile brensler som "det mest prekære øyeblikket i postindustriell historie" en viktig motivasjon.
• I 2003 kritiserte den forrige hydrogenforsvareren Ulf Bossel den lave lønnsomheten til en hydrogenøkonomi
• I 2006 analyserte Joseph J. Romm utsiktene for en hydrogenøkonomi i USA og sa: “Når noen later som om hydrogenøkonomien allerede er innen rekkevidde, betyr de ganske enkelt et økonomisk system sentrert rundt hydrogen fra naturgass og annet forurensende fossilt drivstoff Drivstoff. "
• 2007 - Europaparlamentet, også etter råd fra Jeremy Rifkin, vedtok en erklæring om å opprette en hydrogeninfrastruktur innen 2025. Forklaringen siterer global oppvarming og økende kostnader for fossilt brensel som begrunnelse.
• 2014 - Toyota presenterer den første klare hydrogenbilen med brenselcelle i storproduksjon , Toyota Mirai .
• 2017 - Japan blir det første landet i verden som vedtar en nasjonal hydrogenstrategi, og andre land følger etter litt senere.
• 2020 - EU presenterte sin hydrogenstrategi som en del av energiomstillingen.

Nivåene i en energiindustri

Ideene er basert på implementering av hydrogen på alle nivåer i energibransjen:

1. Utvikling av nødvendige primære energikilder
2. Energikonvertering
3. Energilagring
4. Bruk av energi
5. Handel og distribusjon av energi
6. Distribusjon og fakturering
7. Garanti for forsyningssikkerhet

Produksjon av hydrogen

Så langt har hydrogen blitt produsert nesten utelukkende fra fossile brensler, først og fremst fra metan. Mengden hydrogen produsert over hele verden fra naturgass og tungolje var ca. 310 milliarder m³ i 1999 og ca. 9 milliarder m³ i Tyskland. Naturgass og tungolje er fossile primærenergikilder . Når hydrogen produseres ved hjelp av disse stoffene, frigjøres karbondioksid med høyt potensial for global oppvarming. Dette er i strid med innføringen av en miljøvennlig hydrogenøkonomi etterlyst av Europaparlamentet.

Noe av hydrogenet blir også produsert som et biprodukt i den kjemiske industrien , f.eks. B. i bensinreformering og etylenproduksjon . Imidlertid er det også et biprodukt av klor-alkali-elektrolyse og produksjon av koksovnsgass gjennom kullgassifisering . I 1999 produserte den kjemiske industrien 190 milliarder m³ iN over hele verden og i Tyskland 10 milliarder m³ iN. Vanligvis brukes hydrogen produsert på denne måten termisk ved å brenne det direkte på stedet.

Produksjon fra elektrisk energi (elektrolyse)

For å muliggjøre en bærekraftig hydrogenøkonomi, må hydrogenet hentes fra fornybare energier. Her kommer v. en. den aktuelle vindenergien og solenergien ( solceller og solvarmekraftverk ), som har mye større potensiale både over hele verden og i Tyskland enn biomasse. Det antas at vind- og solenergi vil dekke hovedbelastningen i et regenerativt energisystem; noen studier avgir til og med helt bruk av biomasse. De fleste av disse konseptene forutsetter imidlertid bare en tilleggsrolle for hydrogen i en strømbasert økonomi, ikke en fullstendig hydrogenøkonomi i egentlig forstand.

I en fullstendig regenerativ strømindustri krever høye andeler av variable generatorer som vind- og solenergi ytterligere langvarig lagring for å kompensere. For dette formålet kommer kjemiske lagringssystemer som hydrogenproduksjon, muligens i forbindelse med nedstrøms metanering, i spørsmål. Når det gjelder hydrogenproduksjon, lagring og påfølgende ombygging, er effektiviteten for tiden (2013) maksimalt 43%, i metanering 39%. Sterner et al. indikerer effektivitetsintervaller mellom 34 og 44% for kjedens hydrogenproduksjon, lagring og ombygging. Det antas at, i perspektiv, vil generell elektrisk effektivitet på opp til maksimalt 49 til 55% oppnås.

Denne prosessen har blitt brukt siden oktober 2011 i et pilotprosjekt ved Enertrag i Prenzlau , Brandenburg . Elektrisitet som ikke er nødvendig ble omdannet til hydrogen med en 500 kW trykkelektrolysator og er dermed tilgjengelig for hydrogenfyllestasjoner, eller blir om nødvendig konvertert til elektrisitet igjen i et hybridkraftverk .

Greenpeace Energy har også levert hydrogen fra overflødig vindkraft siden oktober 2011, som mates til naturgassnettet i sin rene form eller omdannes til metan.

Den Audi AG planlagt, fra 2013, i Lower Saxony Werlte å generere vindkraft hydrogen. Det produserte hydrogenet skal først konverteres til CNG for å brukes som drivstoff for naturgassbiler . Det produserte hydrogenet kan også brukes direkte i drivstoffcellekjøretøyer .

Elektrolyse ved høy temperatur lover høye nivåer av effektivitet fordi etterspørselen etter elektrisk energi synker når temperaturen stiger. Elektrolyse ved høy temperatur er av særlig interesse i solvarmekraftverk . Prosedyren var i utviklingsfasen i 2011.

Fraunhofer Institute i Leuna undersøker også prosesser for bærekraftig og billig produksjon av hydrogen. Strømmen som kreves for dette leveres av fornybare energikilder. Pilotanlegget for produksjon av grønt hydrogen er planlagt å ta i bruk i 2019.

Hydrogen fra bioenergi

Produksjonen av hydrogen fra biomasse er stort sett klimanøytral fordi hydrogen og karbon som er oppnådd fra atmosfæren / biosfæren tidligere ble fjernet ved fotosyntese . Imidlertid innsatsen for å generere slike. B. gjødsel, plantevernmidler, utgifter til transport og prosessering samt bearbeiding av biomassen tas i betraktning. Klimanøytraliteten tilsvarer innføringen av en miljøvennlig hydrogenøkonomi etterlyst av Europaparlamentet.

Hydrogen kan fås fra biomasse ved gjæring eller termokjemisk , f.eks. B. ved dampreformering .

Storskala produksjon av hydrogen fra biomasse eksisterer ikke (fra 2011). Prosedyrene er stort sett fortsatt i utviklingsfasen. Et eksempel på dette er " Blue Tower " -prosjektet i Herten . Det planlagte anlegget skulle produsere 150 m³ hydrogen i timen. Hovedeieren, selskapet Solar Millennium AG, gikk konkurs i slutten av 2011.

Potensial og arealbehov for energiavlinger

I Tyskland var det primære energibehovet i 2014 rundt 13.000 PJ. I følge føderale myndigheters energiscenarier kan arealet som brukes til produksjon av biomasse utgjøre ca 4 millioner hektar innen 2050 (2011: 1,8 millioner hektar) uten å konkurrere med matproduksjon . Det er bare 24% av landet som brukes til jordbruk i dag . Et primærenergipotensiale på 740 PJ (18,5 MJ / kg ved 10 t / ha) beregnes ut fra dette.

Ved å bruke eksemplet på flyteverdiene til Miscanthus (18,5 MJ / kg ved opptil 20 t / ha) , beregnes et primærenergipotensial på 1480 PJ / år. Verdien kan svinge sterkt avhengig av antatte parametere.

Produksjonen av hydrogen fra biomasse, i tillegg til den direkte energiske bruken, konkurrerer imidlertid også med flytende biomasse . Som energibærer har drivstoffene som oppnås på denne måten en høyere energitetthet enn hydrogen og er lettere å håndtere.

Potensial for biogene rester

Biogene rester fra jordbruk, landskapskonservering av skog , skogrester og uforurensede industrielle rester kan også brukes til å produsere hydrogen. Det føderale miljødepartementet estimerer potensialet for biogene rester til 900 PJ.

Lagring og distribusjon av hydrogen

I en fullt utviklet infrastruktur med tilsvarende kjøpsmengder kan distribusjon via rørledninger være betydelig mer energieffektiv og kostnadseffektiv. En stor del av det eksisterende naturgassnettet kunne brukes til dette formålet. Naturgassnettet er egnet for absorpsjon av hydrogen. Før byttet til naturgass ble de tyske gassnettene drevet med bygass , som besto av 51% hydrogen. Energi transporteres over et gassnett med betydelig færre tap (<0,1%) enn med et strømnett (8%). Når det gjelder rent hydrogen, er det i prinsippet problemet med hydrogen-sprøhet , fordi hydrogen i atomform lett kan diffundere inn i krystallstrukturen til de fleste metaller, og det er derfor økte krav til ugjennomtrengelighet. Den lagringskapasitet i det tyske gassnettet er mer enn 200 000 GWh og kan midlertidig lagre den energien som kreves for flere måneder. Til sammenligning: kapasiteten til alle tyske pumpekraftverk er bare 40 GWh. Departementet for miljø, naturvern og transport i delstaten Baden-Württemberg ønsker å støtte utvidelsen av en hydrogeninfrastruktur i fremtiden (fra 2011). Det er også praktisk erfaring med hydrogenrør:

• Et mer enn 240 km langt hydrogennett har vært operert i Ruhr-området i flere tiår .
• I Sachsen-Anhalt er det et 90 km langt, velutviklet hydrogenrørledningssystem som drives av Linde-Gas AG i en region med sterk industriell gassbehov mellom Rodleben - Bitterfeld - Leuna - Zeitz .
• I 2010 var det mer enn tusen kilometer med hydrogenrørledninger over hele verden. Air Liquide driver 12 rørledningsnett med en total lengde på 1200 km.

Det er fortsatt problemer med langvarig lagring. Noe av hydrogenet fordamper fra kryotankene hvis det ikke sikres kontinuerlig forbruk. For eksempel i BMW Hydrogen 7 med en flytende hydrogentank begynte utgassingen etter 17 timers inaktiv tid; etter ni dager hadde en halvfull tank fordampet.

Energisk bruk av hydrogen

Det viktigste elementet i bruken av hydrogen er brenselcellen . Den omdanner energien i hydrogen til varme og elektrisitet.

Bruk i huset

I tilfelle av innenlandske elektrisitetsgenerering ved bruk av brenselceller, som i tilfellet med kombinert varme- og kraftanlegg teknologi, et kombinert varme- og kraftsystem kan også bli gjennomført, noe som øker den totale effektiviteten. Siden fokuset er på varmeproduksjon i denne driftsmåten , styres disse systemene i henhold til varmebehovet, med overskytende strøm som genereres til det offentlige kraftnettet.

Vaillant har utviklet en brenselcelleoppvarmingsenhet som også kan drives med naturgass via en reformator .

Den teoretisk oppnåelige brennverdirelaterte effektiviteten er ca. 83%. Hvis effektiviteten er relatert til brennverdien , som vanlig med termiske kraftverk og forbrenningsmotorer, er den teoretiske maksimale effektiviteten ca. 98%. Den spesifiserte systemeffektiviteten er mellom 40% og 65%, avhengig av typen brenselcelle, selv om det er uklart om disse er relatert til brennverdi eller brennverdi.

Bruk i trafikken

Et hydrogendrevet kjøretøy har generelt en trykkbeholder (f.eks. 700 bar) som kan fylles på drivstoff på en hydrogenfyllestasjon. I mai 2000 presenterte BMW den første serien på 15 hydrogenbiler med typebetegnelsen 750hL i Berlin . Som metoder for kraftproduksjon er enten en stort sett konvensjonell forbrenningsmotor mulig, i likhet med kjøring med naturgass, eller en "kald forbrenning" i en brenselcelle. I drivstoffcellekjøretøyet genererer drivstoffcellen elektrisitet som driver en elektrisk motor.

Intern forbrenningsmotor

Som en brennbar gass kan hydrogen brennes i en forbrenningsmotor (" hydrogen forbrenningsmotor "), i likhet med naturgassdrevne kjøretøy. Et eksempel på denne applikasjonen var BMW Hydrogen 7 . BMW Development Board Member Klaus Draeger kunngjorde i slutten av 2009 at det foreløpig ikke vil være noen ny hydrogenforsøksflåte.

Brenselcelle

I drivstoffcellekjøretøyet genererer drivstoffcellen elektrisitet som driver en elektrisk motor.

Hydrogenteknologi testes også i busser. Hydrogenbussene fra 2009 oppnådde en rekkevidde på rundt 250 km med 35 kg hydrogen. Det er nå noen busser, f.eks. B. Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid , som fungerer med brenselceller.

Drivstoffcellebiler er mye dyrere enn elbiler. Ifølge Fritz Henderson ( administrerende direktør i General Motors ) vil et slikt kjøretøy koste rundt $ 400 000 (fra 2009). Bilprodusentene Toyota , Nissan , Mercedes-Benz og Honda har etter eget utsagn drastisk redusert produksjonskostnadene for hydrogendrevne kjøretøy. (The Toyota Mirai, for eksempel, kan kjøpes i Tyskland for litt under € 80.000.) Toyota produserer H ₂ biler i små serier og er avhengig av brenselceller i stor skala.

Med Mercedes B-klasse F-Cell og to pre-seriekjøretøyer av Hyundai ix35 Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) ble rekkevidden på 500 km oppnådd ved maksimal hastighet på 80 km / t. For å demonstrere egnetheten for hverdagsbruk av hydrogendrevet, fullførte Daimler vellykket en "omkjøring" av verden med flere B-klasse drivstoffcellekjøretøyer. 200-serie biler av denne typen ble levert til kunder i 2010.

Med teknologien til Hydrail siden 2005 har jernbanevogner også kommet i fokus. Det japanske East Railroad Company var et av de første selskapene som satte et hybridlokomotiv i drift for testformål. Ved utgangen av 2017 ble 14 tog med drivstoffcellestasjoner bestilt fra produsenten Alstom i Niedersachsen.

Den sveitsiske føderale jernbanen SBB fører siden våren 2014 i sine rullende minibarer hydrogendrevne brenselceller for å få nok energiforsyning for den innebygde espressomaskinen å ha på veien, som nå er på veien og passasjerene cappuccino kan tilby. De vanlige akkumulatorene som hittil ble brukt, ville ha vært for tunge for denne energikrevende oppgaven.

Effektivitet i energikjeden

Definisjon av begreper

Det må skilles mellom kostnadseffektivitet som et mål på avkastningen på pengene med tanke på de involverte kostnadene . Jo mer kostnadseffektiv en teknologi, jo høyere er lønnsomheten . Den energieffektiviteten er et mål for energiutbytte i betraktning av den energi som brukes. Jo mer energieffektiv en teknologi, jo høyere er dens effektivitet . Den økologiske effektiviteten er et mål på bærekraft og miljøkompatibilitet. Det beregnes ofte på grunnlag av CO ₂ -utslipp fra forbrenning, for eksempel hvis fossile brensler brukes i produksjonen.

Kostnadseffektivitet går ikke nødvendigvis hånd i hånd med energieffektivitet og økologisk effektivitet. Så har z. For eksempel har et kullkraftverk med en effektivitet på 30-40% dårlig energieffektivitet når man produserer elektrisitet, men med en lav kullpris kan det være veldig kostnadseffektivt og derfor også økonomisk.

Eksempel: Brønn til tankomdannelseskjede uten rørledningsnett:

Elektrisitet fra vindkraft → Elektrisitetstransport → Hydrogen fra dampreformering → Hydrogentransformasjon → Transport i tankskip → overføring / lagring på bensinstasjonen

er ikke spesielt energieffektiv når det gjelder teknisk effektivitet. 1 kg hydrogen kostet bare 9,50 euro i 2018. Dette er hydrogenprisen som kunden må betale på bensinstasjonen, dvs. inkludert investeringer for bygging og drift av hydrogenfyllestasjonen , men uten å ta hensyn til statstilskuddene og de høyere kostnadene for å kjøpe bilen.

Mineralolje og hydrogen beskattes forskjellig i Tyskland: Ingen mineralolje eller energiavgift pålegges hydrogen .

	Kjøretøy med ...
	... brenselcelle	... trekkbatteri	... bensinmotor
Bil type	Mercedes-B-klasse, drivstoffcellekjøretøy	Mercedes-B-Class Electric Drive med trekkbatteri	Mercedes-B-klasse med bensinmotor
Forbruk per 100 km	0,97 kg	16 kWh	7 l
Drivstoffpris	€ 9,50 / kg	0,30 € / kWh	1,45 € / l (premium bensin)
Kostnad for 100 km	€ 9,21	€ 4,80	€ 10,15

Dette betyr at når det gjelder drivstofforbruk, er drivstoffcellekjøretøyet mer økonomisk i drift enn kjøretøyet med bensinmotor, til tross for moderat energieffektivitet, men mindre økonomisk enn den direkte elektriske driften med trekkraftbatteri .

I følge Hart-rapporten er de nyttige energikostnadene ved bruk av ubeskattet hydrogen som vanligvis genereres av dampreformering, ganske konkurransedyktige i forhold til bensin. Den forventede beskatningen vil bli oppveid av stigende bensinpriser. Den siterte studien antar konstante priser for hydrogenproduksjon.

Effektivitet i en hydrogenøkonomi

Når man bestemmer effektiviteten til en hydrogenøkonomi, må hele omdannelseskjeden fra produksjon av hydrogen til generering av den endelige energien for forbrukeren vurderes.

Vurderingene av effektiviteten i kildene er noen ganger veldig forskjellige fordi mange prosesser fremdeles er under utvikling og deres praktiske produksjonserfaring mangler. Det er foreløpig ingen storskala applikasjon, slik at spesielt effektivitetsdataene for hydrogenproduksjon hittil har vært basert på beregningen med fossilt brensel.

Verdiene antatt for effektivitetsgradene ble gjennomsnittet fra svingningsområdet og kan i realiteten avvike oppover eller nedover. Den beregnede samlede effektiviteten kan derfor bare være omtrentlige verdier.

Kunst	Antatt effektivitet	Data fra forskjellige kilder
Hydrogen termokjemisk fra biomasse	0,75	Effektiviteten av den termokjemiske produksjonen av hydrogen fra biomasse er gitt mellom 69% og 78%, avhengig av prosessen.
Hydrogen fra elektrolyse	0,80	Effektiviteten av vannelektrolyse er gitt til 70 til 90%. Produksjonen av elektrisk energi har også en effektivitet <100%, noe som ytterligere reduserer den totale effektiviteten med hensyn til fossile eller kjernefysiske primærenergikilder og biomasse. Med den internasjonalt dominerende effektiviseringsmetoden, gjelder dette alle energikilder som en brennverdi kan tildeles. I motsetning til dette, når det gjelder fornybare energier som ikke kan tildeles noen brennverdi (f.eks. Vindenergi eller vannkraft), blir en effektivitet på 100% brukt i balanser, slik at den endelige energien her er lik primærenergien.
Hydrogentransport i gassnettet	0,99	<0,01% tap i gassnettet.
Elektrisitet og varme fra oppvarming av brenselceller	0,85	85% effektivitet basert på brennverdien med reformer. I tilfellet med oppvarming systemer , kan virkningsgraden også være relatert til den brennverdi av det brensel som brukes, noe som kan resultere i virkningsgrader over 100%, fordi fordampningsvarmen utvunnet og ikke inngår i den brennverdi.
Elektrisk brenselcelle	0,60	Den elektriske effektiviteten til brenselceller er gitt mellom 35% og 90% . Den elektriske effektiviteten til en PEM-brenselcelle er 60%.
Litium-ion-batteri	0,94	Litiumionbatterier har en effektivitet på 90–98% .
Elektrisk motor	0,95	Effektiviteten til elektriske motorer er gitt mellom 94% og 97% . Trekkmotorer er generelt veldig effektive.
Hydrogenkompresjon til 700 bar	0,88	Tapene under komprimering er ca. 12% .

I en hydrogenøkonomi resulterer dette i energikjeden

Hydrogen fra biomasse → Transport i gassnettet → Elektrisitet og varme fra brenselcelleoppvarming

en effektivitet på 0,75 × 0,99 × 0,95 = 0,70 .

Energikjeden oppstår for drivstoffcellekjøretøyer

Hydrogen fra biomasse → Transport i gassnettet → Kompresjon til 700 bar → Elektrisk brenselcelle → Elektrisk motor

med en virkningsgrad på 0,75 × 0,99 × 0,88 × 0,6 × 0,95 = 0,37 .

Til sammenligning: effektivitetsgrader i fossil energiindustri

Kunst	Antatt effektivitet	Data fra forskjellige kilder
Hydrogen fra naturgassreform	0,75	Praktiske verdier for storskala reformering og prosessering
Elektrisitet fra kullkraftverk	0,38	38% effektivitet i gjennomsnitt for tyske kullkraftverk. I 2010 var andelen stenkull og brunkullkraftverk i tysk kraftproduksjon 43% ; innen 2019 hadde den falt til 29,1%, og det forventes litt mer enn 20% i 2020.
Kraftoverføring	0,92	8% tap i kraftnettet
Transport og prosessering av motorbensin	0,85	Produksjon og tilførsel av fossile brensler som bensin og diesel fra råolje skjer med virkningsgrader på opptil 85%.
Bensinmotor	0,24	Otto- motorer har en virkningsgrad på 10–37%

For strøm fra et kullkraftverk, resulterer energikjeden

Kullkraftverk → strømtransport med en effektivitet på 0,38 × 0,92 = 0,35 .

For en drivstoffcellekjøretøy med fossil hydrogenproduksjon ved elektrolyse er energikjeden

Kullkraftverk → elektrisitetstransport → elektrolyse → kompresjon → BSZ → elektrisk motor med en virkningsgrad på 0,38 × 0,92 × 0,8 × 0,88 × 0,6 × 0,95 = 0,14 .

For et drivstoffcellekjøretøy med fossil hydrogenproduksjon gjennom naturgassreform (for tiden standard) er resultatet energikjeden

Dampreformering → kompresjon → BSZ → batteri → elektrisk motor med en virkningsgrad på 0,75 × 0,88 × 0,6 × 0,94 × 0,95 = 0,35 .

For et batteridrevet elektrisk kjøretøy som er ladet med ren kullstrøm, er resultatet energikjeden

Kullkraftverk → strømtransport → batteri → elektrisk motor med en virkningsgrad på 0,38 × 0,92 × 0,94 × 0,95 = 0,31 .

Den virkelige strømblandingen i Tyskland øker effektiviteten avhengig av andelen av produsenter av strøm.

For et kjøretøy med bensinmotor er resultatet med energikjeden

Transport og prosessering av motorbensin → Ottomotor med en virkningsgrad på 0,85 × 0,24 = 0,20 .

Sammenligningen viser at den samlede effektiviteten til en hydrogenøkonomi kan være godt over den etablerte fossile energiøkonomien.

Til sammenligning: effektivitetsnivåer i elektriske kjøretøyer

Når du lader med grønn strøm fra egenproduksjon, resulterer dette i:

For batteridrevne elektriske biler med energikjeden

Solcelleanlegg / inverter → stasjonært batteri → batteri i kjøretøyet → elektrisk motor

en effektivitet på 0,9 × 0,94 × 0,94 × 0,95 = 0,75 .

For elektriske kjøretøy med brenselceller med energikjeden

Fotovoltaisk system / inverter → stasjonært batteri → elektrolyse → kompresjon til 700 bar → drivstoffcelle → elektrisk motor

en effektivitet på 0,9 × 0,94 × 0,8 × 0,88 × 0,6 × 0,95 = 0,34 .

Dette tar ikke hensyn til det faktum at egenproduksjon av hydrogen ved bruk av solcellestrøm på stedet og maksimal komprimering / påfylling for privat bruk, i motsetning til privat bruk av elektrisitet, teknisk sett ikke eksisterer. Når det gjelder transport av fornybar elektrisitet via vekselstrømsnettet og den nødvendige transporten av hydrogen til fyllestasjonene og lagring av den (hovedsakelig som flytende hydrogen ), er effektiviteten til hele kjeden for drivstoffcellekjøretøyer gitt til 20 til 25%.

Sammenligningen viser at batteridrevne kjøretøy er mer effektive. Hvis det er et ekstra behov for oppvarming / kjøling, kreves energi for oppvarming / kjøling. Dette kan redusere rekkevidden med opptil 50% avhengig av batteriets vekt og temperatur. Selv med drivstoffcellekjøretøyer, som med kjøretøy med forbrenningsmotorer, er det betydelig høyere forbruk om vinteren. På grunn av den økte mengden energi som bæres, har ikke dette ekstra forbruket imidlertid en så stor innvirkning på rekkevidden som med en elbil.

Miljø- og klimavern

Bruken av fornybar energi er ofte klimanøytral og utslippsfri. Imidlertid, når du bruker biomasse og brenner ved, kan det produseres forurensende stoffer. I tillegg kan luftforurensninger også oppstå under forgassning for å danne hydrogen eller bruk av hydrogen, for eksempel nitrogenoksider i tilfelle magert forbrenning. Utgiftene til dyrking, utvinning og prosessering av biomassen må tas i betraktning i økologisk henseende , samt effektiviteten til anlegget basert på den (teoretiske) maksimale effektiviteten til den respektive prosessen. Bruk av biomasse kan også redusere drivhuseffekten: Hvis CO _{2 produseres} i konsentrert form under produksjon av hydrogen , kan denne lagres under jorden og dermed trekkes ut av økosystemet.

Innlemmelsen av organisk koks i feltet, som dannes når forgassingen kontrolleres tilsvarende, kan gjøre feltet mer fruktbart og er kjent som terra preta .

I 2003 fryktet forskere ved California Institute of Technology i Pasadena , basert på simuleringer, at en omfattende hydrogenøkonomi kunne frigjøre rundt 100 millioner tonn hydrogen i atmosfæren og dermed skade ozonlaget .

I følge nyere vitenskapelige studier av Forschungszentrum Jülich i 2010, vil denne effekten være ubetydelig hvis det gis realistiske antakelser. Den positive effekten av å ikke bruke fossilt brensel dominerer. Opprinnelig ble det antatt at ca. 20% av hydrogenet slipper ut i atmosfæren. På grunn av teknologisk utvikling antas det nå at mindre enn 2% slipper unna. I tillegg utvikler hydrogen bare sin fulle ozonskadelige effekt i nærvær av CFC . Med nedgangen i CFC de neste årene vil gjenoppbyggingen av ozonlaget være dominerende.

Ulykkesrisiko i en hydrogenøkonomi

Er hydrogen, f.eks. B. bensin eller naturgass, ekstremt brannfarlig . I tekniske systemer må man ta hensyn til de spesifikke egenskapene til hydrogen. Den kjemiske industrien har brukt hydrogen i store mengder i over hundre år, slik at det er tilstrekkelig erfaring med håndtering av hydrogen.

På grunn av dens lave tetthet er hydrogen en veldig flyktig gass. I friluft kan den fordampe veldig raskt til høyere luftlag. Imidlertid er det også kjent ekte ulykker der brennbare hydrogenblandinger akkumuleres på bakken, fordi oksygen / hydrogenblandinger med en andel mindre enn 10,5  volumprosent hydrogen er tyngre enn luft og synker til bakken. Segregeringen skjer ikke umiddelbart, slik at antennbarheten opprettholdes til grensen på 4 volumprosent er under. Ved håndtering av hydrogen må sikkerhetsforskrifter og ventilasjonsanlegg ta hensyn til denne oppførselen.

Tryktankene som brukes i dag (i motsetning til bensintanker) tåler selv alvorlige ulykker uskadet. Hydrogenbiler med trykkbeholdere kan enkelt parkeres i parkeringshus og underjordiske garasjer. Det er ingen lovbestemmelse som begrenser dette.

I motsetning til dette, må kjøretøy med flytende hydrogen ikke parkeres i lukkede rom, da utgassingen kan forårsake eksplosiv gassakkumulering.

kritikk

En hydrogenøkonomi har ennå ikke blitt realisert i stor skala hvor som helst, og dens gjennomførbarhet er kontroversiell. Følgende utsagn stilles spørsmålstegn: Hydrogenøkonomien presenteres som et alternativ til strømindustrien. Tilhengere av en hydrogenøkonomi understreker den påståtte bedre lagringskapasiteten til hydrogen enn elektrisitet. Hydrogen har egenskapen til god kortvarig lagring i form av tålelige trykkfluktuasjoner i et rørledningsdistribusjonsnett (selve rørledningen er lagringen), samt den langvarige lagringskapasiteten i huler (akkurat som naturgass for tiden er lagret ). Den nødvendige elektriske energien kan genereres fra hydrogen på stedet ved hjelp av brenselceller med en effektivitet som er betydelig høyere enn for tyske kraftverk: Kildene som er sitert for energieffektiviteten til brenselceller vurderer bare konvertering av naturgass eller hydrogen til elektrisitet, men ta ikke hensyn til energitapene som oppstår under produksjon, lagring og distribusjon av det nødvendige hydrogenet. Det lave volumrelaterte energiinnholdet blir også sjelden tatt i betraktning: "En 40-tonns lastebil kan bare transportere 350 kilo gassformig hydrogen," sier Bossel, "og til og med flytende hydrogen er like lett som isopor."

Se også

• Liste over hydrogenteknologier
• Hydrogen motorvei
• Metanoløkonomi
• Partnerskap for ren energi
• Zero Regio
• E-drivstoff

litteratur

• Jeremy Rifkin : H2 Revolution. Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-596-16029-4 .
• Joseph J. Romm: Hydrogenbommen. Begjær og virkelighet i løpet av klimavern (originaltittel: The Hype About Hydrogen , oversatt av Jörg G. Moser). Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 3-527-31570-5 .
• Alf-Sibrand Rühle: Hydrogen and Economy. Invester i en ren fremtid. Hydrogeit Verlag, Kremmen 2005, ISBN 3-937863-02-8 .
• Karl-Heinz Tetzlaff: Hydrogen for alle: Hvordan vi kan unnslippe olje-, klima- og kostnadsfellen. Books on Demand, 2011, ISBN 978-3-8370-6116-1 .
• Michael Ball, Martin Wietschel (red.): Hydrogenøkonomien: Muligheter og utfordringer. Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-0-521-17854-9 .

weblenker

• Hvordan fungerer hydrogenøkonomien på YouTube , åpnet 6. oktober 2018.

Individuelle bevis