Veröffentlicht am08 May 2023
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Für das Jahr 2022 prognostiziertedie U.S. Energy Information Administration (EIA) eine rekordverdächtige Stromnachfrage von 4.027 Milliarden kWh. Auf Erdgas und Kohle sollten rund 37 % bzw. 22 % dieser beispiellosen Energienachfrage entfallen, dicht gefolgt von der Kernkraft mit 19 %. Der Rest entfiel auf die erneuerbaren Energien.
Da die weltweite Versorgung mit fossilen Brennstoffen durch die veränderten Nachfragemuster der Wirtschaft nach der Pandemie und den wachsenden Impuls für Nachhaltigkeit zunehmend unter Druck gerät, stehen erneuerbare Energiequellen im Mittelpunkt. Das derzeitige Paradigma der erneuerbaren und alternativen Energien ist jedoch nicht ohne seine eigenen Fallstricke.
Nehmen wir den Fall von Wasserstoff.
Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass sich die weltweite Nachfrage nach Wasserstoff zwischen 1975 und heute verdreifacht hat. Obwohl Wasserstoff ein sauberer Brennstoff ist, wird er derzeit vor allem in der Industrie verwendet und fast ausschließlich durch Methandampfreformierung, Vergasung oder Wasserelektrolyse mit Hilfe von aus fossilen Brennstoffen gewonnenem Strom erzeugt. Berichten zufolge werden etwa 6 % des weltweiten Erdgases und etwa 2 % der gesamten Kohlevorräte auf diese Weise genutzt.
Dies führt zu CO2-Emissionen in Höhe von 830 Millionen Tonnen - das entspricht den Emissionen des Vereinigten Königreichs und Indonesiens zusammengenommen.
Der Schlüssel liegt daher in der Wiederbelebung unseres Ansatzes für das derzeitige Paradigma der wasserstoffbetriebenen Energie.
Grüner Wasserstoff, auch bekannt als erneuerbarer Wasserstoff, wird durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Sonnenenergie zur Elektrolyse von Wasser hergestellt.Durch die Verwendung erneuerbarer Energien in diesem Prozess werden die potenziellen Umweltauswirkungen herkömmlicher Wasserstoffquellen beseitigt, und er kann in wichtigen Bereichen wie Verkehr, Stromerzeugung und Heizung ohne Schuldzuweisung verwendet werden.
Der Markt für grünen Wasserstoff befindet sich jedoch noch in der Anfangsphase und benötigt für sein Wachstum erhebliche technische und technologische Unterstützung. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund von Schätzungen, wonach der globale Wasserstoffmarkt bis 2030 einen Wert von über 300 Mrd. USD erreichen undab 2022 mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von mehr als 9,3 % wachsen wird. Es wird erwartet, dass sich dieser Trend aufgrund einer Reihe von Faktoren wie sinkende Kosten für erneuerbare Energien, steigende Nachfrage nach Dekarbonisierung und unterstützende politische Maßnahmen und Vorschriften verstärken wird.
Allerdings gibt es auch weiterhin Herausforderungen am Horizont. Dazu gehören die höheren Produktionskosten im Vergleich zu konventionellem, mit fossilen Brennstoffen hergestelltem Wasserstoff. Dieser Kostenunterschied ist auf die höheren Kapitalkosten für Elektrolyseure und den anhaltenden Mangel an Infrastruktur für die Speicherung, den Transport und die Verteilung von grünem Wasserstoff zurückzuführen.
Die Welt von heute braucht die Entwicklung effizienterer und kostengünstigerer Elektrolyseure, den Entwurf und die Umsetzung von Infrastrukturen für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff sowie die Optimierung von Systemen zur Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff.
Elektrolyseure und Brennstoffzellen sind die Schlüsselkomponenten für die Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff. Auf sie entfällt ein erheblicher Teil der Kapitalkosten. Die Verbesserung der Effizienz von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen und die Senkung ihrer Kosten sind von entscheidender Bedeutung, um grünen Wasserstoff gegenüber konventionellem, aus fossilen Brennstoffen gewonnenem Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen.
Globale ER&D-Firmen können hier eine Schlüsselrolle spielen, indem sie bei der Entwicklung alternativer Materialien für Elektroden und Membranen helfen, die im Elektrolyseprozess verwendet werden. Diese wiederum können dazu beitragen, den Gesamtwirkungsgrad der Elektrolyse zu verbessern, was zu einer Verringerung der für die Herstellung von grünem Wasserstoff erforderlichen Energiemenge führt. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Konstruktion und den Betrieb von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen zu optimieren, um ihre Kapital- und Betriebskosten zu senken, so dass sie einfacher herzustellen sind, weniger Wartung erfordern und eine längere Lebensdauer haben.
Um den Prozess der Herstellung effizienter Produkte für die Wasserstofferzeugung und -nutzung weiter zu stärken und zu rationalisieren, können ER&D-Unternehmen mit ihrer Erfahrung auf dem Gebiet der Simulationen und Tests auch bei der Vorhersage des System- und/oder Produktverhaltens helfen und eine erste Sicherheitsüberprüfung und einen Machbarkeitsbericht erstellen, bevor das Produkt gebaut wird. Diese Simulationsergebnisse können durch strenge Tests des Produkts und/oder Systems, die ebenfalls in den Zuständigkeitsbereich der E&RD-Unternehmen fallen, in die Realität umgesetzt werden. Die daraus resultierenden Systeme können dann in ein maßgeschneidertes Paket in Form einer Containerlösung für die grüne Wasserstoffproduktion umgewandelt werden, die direkt mit erneuerbaren Energiequellen integriert werden kann. Solche containerisierten Wasserstoffverwendungssysteme sind besonders in entlegenen Gebieten zur Stromerzeugung oder als Hilfsstromversorgung nützlich.
Ein weiterer kritischer Bereich ist die Infrastruktur für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff. Grüner Wasserstoff muss in der Gasphase unter hohem Druck oder in der kryogenen Flüssigphase gespeichert und auf sichere und effiziente Weise transportiert werden. Derzeit mangelt es an einer Infrastruktur für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff, was den Einsatz von grünem Wasserstoff in verschiedenen Anwendungen einschränkt. ER&D-Unternehmen auf der ganzen Welt untersuchen auch alternative Optionen wie die Umwandlung von grünem Wasserstoff in grünes Ammoniak oder grünes Methanol, um die Komplexität und die mit dem direkten Wasserstofftransport verbundenen Risiken zu verringern. Dieses grüne Ammoniak oder Methanol kann dann bei Bedarf wieder in Wasserstoff umgewandelt werden. Durch die Ermöglichung einer sichereren Speicherung und die Entwicklung verbesserter Nutzungsgeräte wie Brennstoffzellen mit höherem Wirkungsgrad können wir die Akzeptanz dieser sauberen Brennstoffquelle in allen Bereichen fördern, insbesondere im Verkehrs- und Industriesektor.
Auch für die Optimierung und Auslegung von Anlagen zur Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff ist technische Unterstützung erforderlich. Optimierte Nutzungsmuster, die in allen Anwendungsfällen Größenvorteile bieten, würden zu einer stärkeren Verbreitung und besseren Ergebnissen beitragen. Eine vielversprechende Richtung ist auch die Hybridisierung, d. h. die Integration von grünen Wasserstoff-Brennstoffzellen mit Batterien, um die Zuverlässigkeit und die Akzeptanz zu erhöhen.
Die Zukunft gehört den Mutigen, sagt ein Sprichwort. Durch die Nutzung der verfügbaren Technologien und das Eingehen neuer Partnerschaften mit führenden globalen ER&D-Majors, die in diesem Bereich tätig sind, können Unternehmen auf der ganzen Welt aus dem aufkommenden Paradigma des grünen Wasserstoffs erheblichen Nutzen ziehen. Ein neu belebter Blick auf die erneuerbaren Energien in Verbindung mit einem innovationsorientierten Ansatz würde daher dazu beitragen, das Szenario viel schneller zu verändern, als derzeit erwartet wird.
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