© MRICS Dipl.-Ing. (FH) Michael Sauter Dezember 2023
Die einzige Alternative um zukünftig autark zu werden - heißt Wasserstoff!
Wasserstoff (H²) wird der alternative Energieträger in der
Zukunft sein.
Die Umsetzung gelingt mit einem Strom - und Heizungssystem in
Verbindung mit einem Elektrolyseur und einer Brennstoffzelle !
Die weiteren Bausteine sind neben der dazu notwendigen Photo-Voltaik-Anlage, ein
Elektrolyseur zur Gewinnung des Wasserstoffs aus demineralisiertem Trinkwasser, einen
Wasserstoffspeicher (Tank) für den gewonnenen Wasserstoff, sowie eine Brennstoffzelle.
Die PV-Anlage muss so groß gewählt werden, dass der Stromverbrauch z. B. für ein EFH
ca. 5.000 kWh und für den Heizbedarf ca. 15.000 kWh (Bauweise ab ca. 2015) gedeckt
wird. Das bedeutet, man muss eine PV-Anlage mit ca. 20.000 kWh installieren.
Kann man die PV-Anlage für den Heizungsbedarf nicht installieren, dann benötigt man am
Ende noch eine Wärmepumpe, z. B. mit einen Eisspeicher, um die notwendige Heizenergie
zu regenerieren.
Hierbei wird das Ziel verfolgt, den durch die PV-Anlage gewonnenen Strom in Wasserstoff
umzuwandeln und diesen langfristig zu lagern. Auch wenn der Wasserstoff flüchtig ist,
Sonne für die PV-Anlage kostet für eine Nachspeisung des Wasserstoffs kein Geld.
Der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle liefern die notwendige elektrische Energie und
Abwärme (Prozesswärme), die direkt in das Gebäude eingebracht werden kann. Solche
Systeme sind bereits marktfähig vorhanden und deren Entwicklungen und Lösungen
schreiten immer weiter voran. Weitere Info‘s können Sie bei C.A.R.M.E.N. e.V. erfahren:
https://www.carmen-ev.de/tag/wasserstoff/
Im Grunde genommen geht bei der Aufspaltung von H2O nur sehr wenig Energie, bzw. bei
der Herstellung von Wasserstoff, verloren. Bei der Aufspaltung von Wasser entstehen aus
dem zur Verfügung gestellten Strom (kWh) aus einer PV-Anlage ca. 65 % H2 (Wasserstoff),
ca. 30 % O (Sauerstoff) und ca. 30 % Abwärme, mit einer Temperatur von 60° C bis 80°C.
Im ersten Schritt verliert man nur ca. 5 % an Energie. Vielen ist dieser Umstand nicht
bekannt und deshalb wird behauptet, diese Aufspaltung sei nicht wirtschaftlich. Zum Nulltarif
gibt es diese Systeme nicht, aber dafür wird man unabhängig!
Zudem entsteht bei der Aufspaltung Sauerstoff mit ca. 30 % und einem enormen Marktwert,
von ca. 1.250 €/to. Dieser Sauerstoff kann aber nur als Chemikalienhändler verkaufen und
die Anlage entsprechend ausgelegt wird. Zudem muss dann die Anlage eine gewisse Größe
haben.
Es gibt bereits komplette und gebrauchsfertige Systeme, d. h. Elektrolyseure und
Brennstoff-zellen, am Markt. Diese Anlagen rechnen sich erst für mehrere oder größere
Gebäude - evtl. im Verbund, als ein Quartierslösung - und mit der entsprechenden Größe
der PV-Anlage. Aber nur mit diesen Anlagen wird man zukünftig absolut unabhängig von
den gängigen Energieträgern wie Strom, Gas, Öl oder Holz werden.
Die Fa. HomePowerSolution bietet bereits „Stromspeichersysteme“ für EFH an, mit denen
man dann 100 % stromautark wäre. Die Investition liegt hier bei ca. 70.000 € bis 100.000 €,
ohne PV-Anlage
Auch kann man davon ausgehen, dass PV-Anlagen eine Nutzungsdauer von ca. 30 - 40
Jahren haben. Derzeitige Ergebnisse zeigen, dass 20 Jahre alte PV-Anlagen nur sehr
geringe Verluste haben, die in einer Größenordnung von ca. 2 - 4 % vorhanden sind. Auch
stelle ich fest, dass aufgrund der Erderwärmung sogar noch höhere Leistungen, wie
angegeben, erwirtschaftet werden.
Ziel muss es zukünftig sein, dass man sich aus der Abhängigkeit der Energiewirtschaft
befreit. Dazu muss aber die Politik endlich entspechende Gesetze schnellstmöglichst für
den Verbraucher auf den Weg bringen, damit in erster Linie der Einsatz von PV-Anlage
wieder richtig interessant wird und das beginnt damit, dass man den gewonnenen Strom
aus einer PV-Anlage von einem Grundstück auf ein anderes weiterleiten kann. Dies wird
aber derzeit von der Energiewirtschaft verhindert und blockiert!
Wäre diese Weiterleitung möglich, dann könnten sich viele Eigentümer an einen
Elektrolyseur anschließen. Dem Elektroylseur wird dann die überschüssige Energie aus der
PV-Anlage zugeführt und somit wird damit Wasserstoff für die Wintermonate gespeichert.
Der zweite Schritt wäre dann eine Nahwärmeversorgungsnetz für die „Einspeiser“ oder
weitere Gebäudebesitzer. Die bei der Spaltung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte
Prozess-wärme aus dem Elektrolyseur und auch die Prozesswärme im Winter aus der
Brennstoffzelle werden dann dem Nahwärmeversorgungsnetz als Fernwärme zugeführt. Im
Sommer dürfte dann die Prozesswärme aus dem Elektrolyseur ausreichen, das benötigte
Warmwasser zu beheizen. Im Winter mit der Abwärme aus der Brennstoffzelle zusätzlich
das Heizungswasser erwärmt.
(Schaubild: © Michael Sauter)
Beispiel: Wieviel Wasserstoff könnte man mit einer 150 kWp großen PV-Anlage, einem
passsenden Elektrolyseur und einer Brennstoffzelle zu produzieren und speichern? Und
wieviel Wärmeenergie fällt hierbei zusätzlich an?
Berechnungsgrundlage: 1 kg Wasserstoff = 33,33 kWh
Ein mögliche Investitionsrechnung könnte wie folgt aussehen:
Die PV-Anlage ist vorhanden. Der Strom wird in den Elektrolyseur eingespeist. Der dabei
entstandene Wasserstoff wird in einen Tank gespeichert. Die Brennstoffzelle produziert in
den Wintermonaten wiederum Strom und Abwärme für die „Einspeiser“.
Gesamtinvestition - ohne PV-Anlage - ca. 350.000 €. Die jährliche nutzbare Energie die mit
dem Elektrolyseur erzeugt wird, beträgt ca. 38.000 €. Das bedeutet aus heutiger Sicht, dass
sich die Anlage in ca. 10 bis 12 Jahren ammoritisiert.
(Schaubild: © Michael Sauter)
Dieses System mit Wasserstoff kann als Batteriespeicher bezeichnet werden.
Die jährlichen Wartungskosten betragen ca. 1 % der Investitionskosten.
Über eine Erdwärmepumpe mit einer Leistungszahl (COP) von ca. 3,5 könnte man
insgesamt ca. 62.000 kWh x 3,5 = 217.000 kWh gewinnen!! Angenommen eine EFH mit ca.
150 m² Wohnfläche, mit einem Verbrauch von 80 kWh/m² und Jahr entsprechen einem
Wärmebedarf von ca. 12.000 kWh. Damit könnte man die Wärmeenergie von ca. 18
Häusern decken!!
Könnte man den Sauerstoff noch mit vermarkten, dann würde die Amortisation in einer
wesentlich kürzeren Zeit erfolgen. Wie bereits gesagt, man müsste Chemikalienhändler
sein.
Die Entwicklung dieser oder ähnlicher Systeme geht mit großen Schritten voran!!!
Auch die Kosten werden damit weiter sinken!
THEMA STROMSPEICHER:
Auf diesem Gebiet werden zur Zeit sehr viele neue Systeme entwickelt, die kurz vor der
Marktreife stehen. Auch hier werden in absehbarer Zeit Lösungen auf den Markt kommen,
die eine deutlich längere Stromspeicherung wie die bisher üblichen Batteriesysteme
ermöglichen. Hier brauchen wir noch etwas Geduld. Wenn diese Stromspeicher auf dem
Markt kommen, dann wird die Unabhängigkeit vom Stromnetz weiter vorangetrieben.
Ich bin überzeugt, dass in Zukunft jedes Gebäude nur noch mit einer PV-Anlage und einem
Brennstoffzellenheizsystem, und/oder auch mit einem speziellen Batteriesystem versorgt
werden kann!
Aber wie kann sich die Politik gegen die Energiewirtschaft wie Öl, Gas und Strom behaup-
ten??? Die starke Lobbyarbeit der Energiewirtschaft ist enorm und ver- und behindert den
Fortschritt und den Ausbau mit PV-Anlagen massiv. Die Einspeisevergütung mit zur Zeit ca.
6,2 ct/kWh ist lächerlich, wenn auf der anderen Seite Strom für fast 50 ct/kWh verkauft wird.
Jeder sollte seinen Wasserstoff selber herstellen können. Wir brauchen keine zentralen
Energie-Versorger, die die Bürger weiterhin in einer Abhängigkeit festhalten.
Wenn Sie dazu Fragen haben, stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.
THEMA Mobilität:
d. h. mit Wasserstoff können LKW‘s, Busse und auch Autos fahren.
Toyota stellte im Frühjahr 2023 einen neuen Rekord auf: mit einer Tankfüllung von 5,6 kg
konnte das Modell Mirai 1.003 km fahren. Das bedeutet, einen Verbrauch von 0,55 kg/100
km. 1 kg Wasserstoff kostet ca. 8,5 €/kg bis 13,0 €/kg. Damit würden die Kosten für 100 km
bei einem Modell Mirai etwa bei ca. 4,70 €/100 km bis 7,15 €/100 km liegen.
Bei einem vergleichbaren PKW mit Diesel liegt der Verbrauch bei ca. 8 ltr./100 km, das
entspricht einem Preis z. Zt. von etwa 12,8 €/100 km, im Schnitt um 80% teurer!!!!
In Deutschland stehen zur Zeit etwa 100 Tankstellen mit H2 zur Verfügung. Die Mobilität mit
Wassserstoff ist absolut wirtschaftlich und wird sich deutlich weiter steigern!!!!!!!!
Der Preis für 1 kg Wasserstoff wird in den nächsten Jahren sowohl in Amerika und
Deutschland mit ca. 2 €/kg - 3 €/kg prognostiziert. Und damit wird wohl Wasserstoff
unangefochten die Nr. 1 als Energieträger - CO2-neutral - erneuerbar und speicherbar.
Zudem kosten die Sonne kein Geld. Dann beginnt erst die echte Zukunft der CO2-
Neutralität.