Wasserstoff – Zentraler Baustein für ein nachhaltiges Energiesystem im Weltraum und auf der Erde

Die Gestaltung eines nachhaltigen Energiesystems ist davon abhängig, dass ausreichend Speicherkapazitäten für erneuerbare Energien zur Verfügung stehen. Um Energieressourcen effizient und nachhaltig einzusetzen, müssen Überschüsse bei der Energiegewinnung gespeichert und geografisch oder zeitlich versetzt verteilt werden. Einige vielversprechende Lösungsansätze bauen hierbei auf Wasserstoff als Energieträger. Vor allem die Energiedichte und Anwendungsvielfalt von Wasserstoff sind dafür verantwortlich, dass Wasserstofftechnologien in verschiedensten Bereichen an Nachfrage und Popularität gewinnen. 

Bei innovativen Projekten zur Transformation kommunaler Energieversorgungssysteme rückt eine dezentrale erneuerbare Stromerzeugung in den Mittelpunkt. Aus diesem Grund wird immer öfter auf Power-to-Gas Wasserstoffspeichersysteme zurückgegriffen. Überschüsse aus der Solarstromerzeugung werden hier mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert. Die Brennstoffzellentechnologie macht diesen Vorgang reversibel. Über intelligente Steuerungssysteme wird mit dem Wasserstoff im Bedarfsfall über die Brennstoffzelle Strom erzeugt, der effizient und autark zur Energieversorgung genutzt werden kann.

Autarke Energiesysteme basieren dabei auf Konzepten und Technologien, die vor allem in der Raumfahrt entwickelt wurden. So wurde die erste moderne Brennstoffzelle von der NASA für die Mondlandung der Apollo-Mission entwickelt. Sie ist der Schlüssel für geschlossene Energiesysteme und sorgte bei den Apollo-Missionen für die Erzeugung von Strom (bis zu 2.300 Watt pro Modul), Wärme und Trinkwasser.

Die Nutzung von Wasserstoff als Energiespeicher wird nicht nur für die bemannte Raumfahrt, sondern auch für Satelliten und Sonden verwendet. Hier wird für die Stromerzeugung seit jeher Sonnenenergie genutzt. Allerdings muss die Energie gespeichert werden, um einen Satelliten im Erd‑ oder Mondschatten betreiben zu können. Herkömmliche Batterien waren hier lange zu schwer und voluminös, um den Anforderungen der Raumfahrt gerecht zu werden.

Für die Erzeugung von Strom in Brennstoffzellen braucht der Satellit lediglich geringe Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoff. Bei der Stromerzeugung mittels Brennstoffzelle bildet sich Wasser als Abfallprodukt, welches in entsprechenden Tanks an Bord des Satelliten gespeichert wird. Sobald der Satellit aus dem Schatten eines Himmelskörpers hervortritt, wird der Vorgang umgekehrt. Über die Sonnenstrahlen wird durch Solarpaneele Strom erzeugt. Dadurch kann das Wasser über Elektrolyse wieder in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt werden. Dieser geschlossene Energiekreislauf lässt sich so nahezu unbegrenzt wiederholen.

Diese Technologie hat mittlerweile auch ihren Weg in terrestrische Industrien gefunden, beispielsweise in kommunale Energieversorgungssysteme. Das Beispiel von Wasserstofftechnologien als Innovationstreiber zeigt, wie wichtig branchenübergreifender Technologietransfer für Innovation ist und wie er technologische Entwicklung in anderen Branchen vorantreiben kann.

So gilt Wasserstoff mittlerweile als Schlüssel zu einem nachhaltigen Energiekreislauf auf der Erde.

Um das Potenzial von Wasserstofftechnologien zukunftsfähig umzusetzen, werden nicht nur in Deutschland Initiativen und Programme für den Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur ins Leben gerufen. Ziel der Initiativen sind die Förderung von Innovationen bei der Herstellung, der Speicherung, dem Transport und der Nutzung von Wasserstoff.

Allerdings ist die Verwendung von Wasserstoff nur dann klimaschonend, wenn dieser aus erneuerbaren Energien hergestellt wird. Das wichtigste Verfahren dazu ist die Elektrolyse, die sich hervorragend zur Kopplung mit Windkraft und Fotovoltaik eignet. Zur Förderung von Innovationen im Bereich der Elektrolyse im industriellen Maßstab wurde im Jahr 2020 die Initiative Green Hydrogen Catapult ins Leben gerufen. Initiiert von einem Industriekonsortium führender Wasserstoffunternehmen und der Unterstützung der UN, ist das Ziel der Initiative, die Produktion von grünem Wasserstoff⁽¹⁾ bis 2026 massiv zu steigern. Die so geschaffene, gesteigerte Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff soll global bei der Transformation kohlenstoffintensiver Industrien beitragen. Dazu gehören zum Beispiel die Stromerzeugung, die Chemieindustrie, die Stahlherstellung oder die Schifffahrt. Außerdem setzt sich die Initiative zum Ziel, eine Kostensenkung von 50 % (Zielpreis 2 USD pro kg grüner Wasserstoff) zu erreichen und über erneuerbaren Strom betriebene Anlagen mit 80 GW an Elektrolysekapazitäten zu errichten.

Wasserstoff ist ein elementarer Bestandteil einer nachhaltigen und zukunftsfähigen Energieversorgung. Nicht nur deswegen birgt das erste Element des Periodensystems großes Geschäftspotenzial. Für die Gestaltung eines nachhaltigen Energiesystems braucht es bis dahin trotzdem noch zahlreiche Innovationen in allen Bereichen. Solche Innovationen zu fördern ist Ziel des internationalen Innovationswettbewerbs INNOspace Masters. Mit dem diesjährigen Wettbewerbsthema sucht der INNOspace Masters in fünf verschiedenen Challenges nach nachhaltigen und effizienten Innovationen für Weltraum und Erde.  

Bei der von der Deutschen Raumfahrtagentur ausgerichteten DLR Challenge liegt der Fokus in diesem Jahr insbesondere auf Innovationen durch den Transfer von Wasserstofftechnologien zwischen der Raumfahrt und terrestrischen Industrien. Es werden Projektideen gesucht, die eine nachhaltige, sichere und effiziente Energieversorgung und Mobilität zum Ziel haben. Projektideen können dabei unter anderem auf dem Transfer von Technologien für bemannte Raumstationen oder regenerativen Brennstoffzellensystemen für Satelliten und Sonden basieren. Auch Ideen zu einer nachhaltigen Wasserstofferzeugung, von Wasserstoff angetriebene schwere Nutzfahrzeuge und grünen Wasserstoff-Stahlwerken werden gesucht.

Die drei besten Projektideen erhalten eine Projektförderung von jeweils bis zu 400.000 EUR. Neben der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR als Ausrichter bieten auch die Industriepartner Airbus, OHB, Mercedes-Benz AG sowie die deutschen ESA Business Incubation Centres (BICs) eine eigene Challenge an. Alle Challenges und Preise finden Sie hier.

(1) Grüner Wasserstoff – Wasserstoff hergestellt aus Wasser mit Elektrolyseuren, die mit sauberem erneuerbarem Strom betrieben werden
https://greenh2catapult.com/