Die Mär vom Wasserstoff – Seite 1

Kaum geht das Öl zur Neige, da winkt auch schon eine wunderbare Alternative: Wasserstoff. Das Element mit der chemischen Formel H2 ist das häufigste im Universum und auf der Erde in Form von Wasser (H2O) praktisch unbegrenzt vorhanden. Mit Wasserstoff kann man heizen oder Strom erzeugen und ihn vor allem ähnlich wie Benzin oder Diesel tanken. Über Brennstoffzellen betreibt er dann Elektromotoren, die Autos oder Busse flüsterleise und vibrationsfrei beschleunigen. Wasserstoff verbindet sich dabei wieder mit Sauerstoff, und es entsteht »Wasser, so sauber, dass man es bedenkenlos aus dem Auspuff schlürfen könnte«, schwärmt die Reklame für einen Gabelstapler mit Wasserstoffantrieb.

»Wasser ist die Kohle der Zukunft«, schrieb Jules Verne schon 1874. Bis heute lässt sich die Menschheit von der frohen Botschaft dieses perfekten Kreislaufs verzaubern – obwohl in Fachkreisen längst klar ist, dass die Wasserstoffwirtschaft aus physikalisch-technischen Gründen zwangsläufig in massiver Energieverschwendung mündet und deshalb ökonomisch nur in Nischen Anwendung finden kann.

Auf höchster politischer Ebene herrscht dennoch ein seltsamer, parteienübergreifender Einklang für den Wasserstoff. So stellt sich Gerhard Schröder einen A-Klasse-Mercedes mit Wasserstoffantrieb in die Garage und schwärmt von »Zukunftsenergie«. Damit folgt der Autokanzler seinem japanischen Kollegen Koizumi, der schon vor zwei Jahren strahlend die vergoldeten Schlüssel für zwei Wasserstoffautos von Honda und Toyota übernahm. Und bevor US-Präsident George Bush den Irak-Krieg vom Zaun brach, verkündete er ein 1,2-Milliarden-Dollar-Förderprogramm für die Wasserstoff-Wirtschaft. Sein Versprechen: »Das erste Auto eines heute geborenen Kindes könnte ein abgasfreies Wasserstoffauto sein.« Wo die USA klotzen, darf die EU nicht kleckern. Also verhieß Brüssel, zur Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft 2,8 Milliarden Euro an öffentlichen und privaten Mitteln in den nächsten Jahren flüssig zu machen. »Mit zwei Dingen möchte ich in Erinnerung bleiben«, sagte EU-Kommissions-Präsident Romano Prodi bei seinem Abschied, »mit der Osterweiterung und der Wasserstoffenergie.« Hört, hört.

Seine Euphorie hatte Prodi bei einem Berater getankt, dem amerikanischen Öko-Visionär und Bestsellerautor Jeremy Rifkin. Der hat in einem Buch schlicht die »H2-Revolution« ausgerufen. Da zaubert die Wasserstoffwirtschaft nicht nur die drohende Energiekrise weg, sie festigt obendrein auch den Weltfrieden. Alternativenergie und daraus erzeugter Wasserstoff machen Millionen Menschen zu friedlich kooperierenden Energiescheichs – und endlich die schmutzigen Ölkriege überflüssig. Die Technik zur Umwandlung von Wasserstoff in Wärme, in elektrischen Strom und Antriebsenergie für Autos sei mit der Brennstoffzelle längst vorhanden, meint Rifkin. Es fehle nur noch ihr globaler Einsatz.

Doch just in der Praxis hapert es, und zwar seit Jahrzehnten. Denn die Vision der heilen Wasserstoffwelt ist nicht neu. Sie wurde schon anlässlich der ersten Ölkrise beschworen, Mitte der siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts. Milliarden flossen für die Entwicklung der neuen Energiewirtschaft. Tatsächlich wurden Anfang der neunziger Jahre fahrtüchtige Brennstoffzellenautos präsentiert. Doch über das Stadium von Pilotprojekten ist die Technik bis heute nicht hinausgekommen. Im Prinzip funktioniert sie. Nur keiner will sie kaufen.

Inzwischen herrscht Katerstimmung in der Branche. Auf ihrer alljährlichen Messe, der H2-Expo Mitte September in Hamburg, zeigte sich das deutlich. Statt revolutionärem Aufbruch ist Schrumpfkurs angesagt. Die Zahl der Aussteller sank von 118 im Jahr 2002 auf 45 im letzten. In diesem Jahr kamen gerade einmal 30.

Von einer »Durststrecke« sprach Dietmar Aulich, Geschäftsführer der Hamburger Messe, »der Markt ist noch nicht da«. Bundesumweltminister Jürgen Trittin beschwor zwar in einem Grußwort das »riesige Innovationspotenzial« der Wasserstofftechnologie. Doch Käufer finden sich bisher nur in öffentlich finanzierten Forschungs- und Pilotprojekten. So pendeln drei Wasserstoffbusse seit einem Jahr testweise durch die Hamburger Innenstadt. Sie sind fünfmal teurer als normale Busse. Der benötigte Wasserstoff wird aus Strom erzeugt und kostet nach Angaben der städtischen Betreiber mindestens zehnmal mehr als Diesel. Dennoch wird demnächst die erste öffentliche Wasserstofftankstelle in Berlin eröffnet. Das führt zu der entscheidenden Frage, woher eigentlich der Wasserstoff künftig in großen Mengen kommen soll.

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Wasserstoff ist nämlich keineswegs eine »Energie«, wie es in den Visionen immer wieder heißt. Vielmehr ist er lediglich ein »sekundärer Energieträger«, etwa wie das heiße Wasser in der Zentralheizung. Und noch ein ziemlich schlechter Träger dazu. Bei der Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse wird Elektrizität durch Wasser geleitet, aus dem H2O entstehen H2 und Sauerstoff. Dabei gehen über 40 Prozent der wertvollen elektrischen Energie verloren. Wird der Wasserstoff dann wieder in einer Brennstoffzelle zwecks Stromerzeugung verbrannt, geht erneut viel Energie durch Wärmeverluste flöten, diesmal rund die Hälfte.

Eine weitere Verlustquelle ist das Speichern von Wasserstoff. Da er, bezogen auf sein Volumen, nur sehr wenig Energie enthält, muss er aufwändig in Druckbehältern komprimiert oder durch Abkühlen auf minus 253 Grad verflüssigt werden. Auch das kostet Energie. Noch schlechter steht es um den Transport. Ein mit Druckwasserstoff in Stahlflaschen beladener Lkw für die Versorgung von Tankstellen verbraucht auf 200 Kilometern 12 Prozent der geladenen Energie. Am Ende der Umwandlungs- und Verteilungskette bleiben von der ursprünglich eingesetzten elektrischen Energie nur noch 20 bis 25 Prozent übrig (siehe Grafik Seite 36). Würde sie dagegen direkt ins Stromnetz gespeist, kämen 90 Prozent beim Verbraucher an.

Diese Rechnung stammt nicht von der Erdöl-Lobby, sondern von dem Schweizer Brennstoffzellen-Experten Ulf Bossel. Zwar schneidet die Wasserstoffwirtschaft in einer neuen US-Studie etwas besser ab, aber auch die schätzt die Verluste trotz Ausnutzung bester (und teurer) Technik immer noch auf die Hälfte. »Die Zukunft gehört der elektrischen Energie«, folgert Bossel, »Wasserstoffwirtschaft ist Energieverschwendung.«

In einigen Sonderfällen kann die Verschwendung auch sinnvoll sein. Zum Beispiel auf Island, das ab 2050 auf fossile Energie verzichten will. Die dünn besiedelte Insel ist so reichlich mit Erdwärme gesegnet, dass man sich dort die hohen Verluste einer Wasserstoffwirtschaft leisten kann. Auch auf abgelegenen Inseln, Forschungsstationen oder in Industrieanlagen ohne Netzanschluss kann Wasserstoff als Speichermedium für eine stabile Stromversorgung dienen (ZEIT Nr. 34/04: Wo der Wind regiert ). Für eine globale Versorgung nach dem Vorbild fossiler Energieträger ist Wasserstoff jedoch ungeeignet.

Würde er auf riesigen Flächen in der Sahara mittels Sonnenkollektoren gewonnen oder auf gewaltigen Windfarmen in Patagonien, dann käme beim Endverbraucher in Europa, Amerika oder Asien kaum noch etwas an. Überquert ein mit Flüssigwasserstoff beladenes Tankschiff den Atlantik, geht dabei ein Drittel seiner wertvollen Fracht verloren. Modellrechnungen zeigen zwar, dass sich sogar im dicht besiedelten Europa genügend Energie aus Sonne, Wind, Wasserkraft und Biomasse gewinnen ließe, um den Strom- und Heizwärmeverbrauch sowie den Bedarf des Verkehrs mit Wasserstoff zu decken. Aber ökonomisch wird sich das nicht durchsetzen. Denn im Vergleich mit direkt genutztem, regenerativ erzeugtem Strom wäre der verlustreich hergestellte Wasserstoff viel zu teuer.

Ergo sei die Wasserstoffwirtschaft weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, folgert Brennstoffzellenfachmann Bossel. Während heute Erdgas und Erdöl preisbestimmend seien, werde in Zukunft regenerativ erzeugter Strom zur »Leitwährung auf dem Energiemarkt«. Wasserstoff muss also teurer sein als die Elektrizität, aus der er unter Verlusten hergestellt wird. Deshalb kann er nie sauberer sein als der Strom, mit dem er gewonnen wurde. Vielmehr erforderte eine Wasserstoffwirtschaft wesentlich mehr Sonnen-, Wind- und Wasserkraftwerke als eine Stromwirtschaft. Der Bau jedes zusätzlichen Kraftwerks verbraucht wiederum Energie, Rohstoffe und beeinträchtigt die Landschaft.

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Nicht verschwenden, sondern sparen ist das wichtigste Ziel einer erneuerbaren Energiewirtschaft. Wohn- und Bürohäuser lassen sich inzwischen so gut konstruieren und dämmen, dass sie fast ohne Heizung auskommen. Sparsame Autos und intelligente Verkehrsführung könnten den Energiebedarf auf den Straßen mehr als halbieren. Statt Elektrizität umständlich in Wasserstoff zu verwandeln, kann sie direkt Züge antreiben oder Batterien von Elektroautos speisen. Auf langen Strecken könnte zusätzlich Methanol aus Biomasse als Treibstoff dienen. So würden nachwachsende Rohstoffe wesentlich besser genutzt als bei einer Umwandlung in Wasserstoff. Und im Heizungskeller ist Wasserstoff völlig fehl am Platz. Es sei »Unfug«, sagt Bossel, wenn für den Einsatz von Brennstoffzellen mit Kraft-Wärme-Kopplung geworben werde, etwa wegen des hohen Wirkungsgrades (über 80 Prozent). Zum Heizen sei die »Luxusenergie Wasserstoff« viel zu kostbar und zur Stromerzeugung schlicht überflüssig. Strom kommt ja über das Netz ins Haus.

Das saubere Image des Wasserstoffs besteht zu Unrecht. Denn er kann bestenfalls so umweltfreundlich sein wie die Energieträger und Substanzen, mit deren Hilfe er gewonnen wurde. Bisher sind das zu 95 Prozent Kohle, Erdöl und Erdgas. Die Herstellung via Elektrolyse ist sehr teuer und ökologisch auch nur vertretbar, wenn der eingesetzte Strom überwiegend aus regenerativen Quellen stammt. Davon ist die deutsche Elektrizitätsversorgung noch weit entfernt. Bisher beruht sie zu über 90 Prozent auf den endlichen Rohstoffen Uran, Kohle und Erdgas.

Die von George Bush drei Monate vor Beginn des Irak-Krieges verkündete Wasserstoffinitiative setzt gar auf Atomkraft für die Herstellung des flüchtigen Gases. Dabei wird Wasser auf über 900 Grad erhitzt und in seine Bestandteile zerlegt. Zu den 440 derzeit betriebenen AKWs müssten einfach weitere 3500 gebaut werden, hieß es im September auf der Jahrestagung des Weltverbandes der Nuklearwirtschaft, und schon sei der weltweite Wasserstoffbedarf gedeckt. Einen Großteil der Wasserstoff-Forschungsmittel hat das Militär für sich reklamiert. Es will Tarnfahrzeuge und Nachtsichtgeräte mit Brennstoffzellen betreiben, damit sie weniger Wärme abstrahlen und so für Feinde schwerer zu orten sind. Die Kosten sind dabei zweitrangig.

Energieverschwendung, starke nukleare und militärische Bezüge – eigentlich müsste dies jedes positive Image zerstören. Doch weit gefehlt. Wenn etwa der Forschungsverbund Sonnenenergie im November seine Jahrestagung in Berlin abhält, wird die Wasserstoffwirtschaft wieder ganz oben auf der Tagesordnung stehen. »Wasserstoff kann als ein Energieträger der Zukunft zum Beispiel Benzin und Diesel im Verkehrsbereich ersetzen«, heißt es in der Einladung des Verbunds. Zu ihm gehören vom Fraunhofer Institut bis zum Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt alle großen deutschen Institute, die im Bereich erneuerbare Energien forschen.

Offenbar ist die Vision der wunderbaren Wasserstoffwelt unverwüstlich, obwohl die Bundesregierung schon Mitte der neunziger Jahre ihre Förderprogramme drastisch gekürzt hat. Mehrere Milliarden Mark hatten Staat und Industrie bis dahin in die Erforschung der Wasserstoffwirtschaft investiert. Heute stellen Bund und Länder noch rund 50 Millionen Euro jährlich zur Verfügung. »Wir wissen längst, dass technisch sehr viel funktioniert«, sagt Helmut Geipel, der zuständige Abteilungsleiter im Bundeswirtschaftsministerium. »Aber niemand kann uns sagen, woher einmal all der Wasserstoff zu vertretbaren Preisen kommen soll.« Dass die Vision von der Zukunftsenergie auch in neuen Strategiepapieren immer wieder auftaucht, lässt Helmut Geipel folgern: »Das Gas ist ungiftig, verwirrt aber die menschlichen Sinne.«

Zur Verwirrung trägt bei, dass Brennstoffzellentechnik und Wasserstoff häufig als Einheit dargestellt werden. Doch auch dieses Klischee ist falsch. Denn Brennstoffzellen können auch mit anderen wasserstoffhaltigen Stoffen betrieben werden – vom Erdgas über Kerosin bis zum Methanol. Die Brennstoffzellen-Heizungen, die derzeit in größeren Versuchen getestet werden, nutzen normales Erdgas. Möglicherweise ersetzen solche fossil befeuerten Brennstoffzellen tatsächlich einmal heutige Erdgasheizungen und vielleicht sogar Ottomotoren. Mit Wasserstoffwirtschaft hätte das aber nichts zu tun.

Bisher gibt es weder Wasserstofftechnik noch Brennstoffzellen im Laden zu kaufen – keine Heizungen, keine Autos, auch nicht die versprochenen Brennstoffzellen-Akkus für den Laptop, die sich einfach mit einem Fläschchen Methanol wieder aufladen lassen. Selbst Johannes Töpler, Vorstandsvorsitzender des notorisch optimistischen Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbandes und Entwicklungsleiter bei DaimlerChrysler, rechnet nicht vor 2015 mit Brennstoffzellenautos aus der Großserie. Zuvor seien noch viele technische Probleme zu lösen.

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Da Massenmärkte absehbar verschlossen bleiben, setzen die Wasserstoffanhänger auf Nischenmärkte. Die haben den Vorteil, dass sie sehr profitabel sind – insbesondere dann, wenn sie öffentlich gefördert werden. So unterstützt Nordrhein-Westfalen die Entwicklung eines Brennstoffzellen-Fahrrads für Kuriere, betankbar mit Wasserstoff in Pfandkartuschen.

So ändern sich die Perspektiven: Erst globale Träume, nun lokales Strampeln.