Heizen mit Wasserstoff – Innovative Brennwerttechnik für die klimaneutrale Zukunft
Der Wärmesektor ist prädestiniert für den Einsatz von Wasserstoff | Schon heute könnten 20 Prozent Wasserstoff dem Erdgas beigemischt werden und den CO2-Ausstoß deutlich reduzieren | Viessmann entwickelt komplettes Portfolio für die Wasserstoff-Nutzung
Allendorf (Eder), 16. Dez. 2020 – Die Politik in Deutschland und der EU hat sich das ambitionierte Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden und die CO2-Emissionen auf null zu reduzieren. Das gelingt nur, wenn auf die Verbrennung fossiler Energieträger verzichtet wird. Stattdessen wird es im Wärmesektor zukünftig einen Mix aus strombasierten Lösungen, wie etwa Wärmepumpen, sowie aus erneuerbaren Energieträgern geben, beispielsweise synthetisches Methan und CO2-neutral erzeugter Wasserstoff. Insbesondere der Wasserstoff wird eine zentrale Rolle spielen. Sein Einsatz ist der konsequente Weg, den Wärmemarkt klimaneutral zu machen.
Wärmesektor ist prädestiniert für den neuen Energieträger
Wasserstoff fürs Heizen ist der Partner der Elektrifizierung – er hilft Verbrauchern und Unternehmen, die Investitionen in eine CO2-freie Gebäude-Wärmeversorgung zu stemmen. Eine Leitstudie der Deutschen Energie-Agentur (dena) zeigt auf: ein Mix aus Strom und Wasserstoff im Gebäudesektor senkt die Energiesystemkosten bis 2050 um mindestens 260 Milliarden Euro. Denn der Ausbau von Stromnetzen und Reservekraftwerken – der bei der vollständigen Elektrifizierung des Wärmesektors erforderlich wird – würde durch die Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur für Wasserstoff deutlich geringer ausfallen.
Außerdem lassen sich mit dem neuen Energieträger sehr kurzfristig signifikante Erfolge bei der Verringerung der CO2-Emissionen erzielen. Heute schon könnten 20 Prozent Wasserstoff dem Erdgas im Netz beigemischt werden. Das würde die Treibhausgasemissionen um rund 7 Prozent pro Jahr verringern. Ein schnell wirksamer und signifikanter Beitrag zum Klimaschutz.
Bis zu 30 Prozent Wasserstoff sind für moderne Vitodens Brennwertgeräte kein Problem
Die Technik, um solche Erdgas-Wasserstoff-Gemische in der Gebäudebeheizung nutzen zu können, ist vorhanden und bereits vieltausendfach im Markt. Die Gas-Brennwertgeräte der neuesten Vitodens 300er- und Vitodens 200er-Generation können im Prinzip heute schon mit 20- bis 30-prozentigen Wasserstoff-Anteilen betrieben werden. Haus- und Wohnungsbesitzer, die sich für diese modernen Wand- und Kompaktgeräte entscheiden, sind deshalb für die Zukunft bestens gerüstet.
Nationale und internationale Strategien für den Ausbau von Infrastrukturen
Nationale und internationale Initiativen werden in den kommenden Jahren den Ausbau einer Wasserstoff-Infrastruktur vorantreiben. So stellte die Bundesregierung im Sommer 2020 ihre Nationale Infrastruktur vor. Darin werden Finanzmittel in Höhe von insgesamt 9 Milliarden Euro für die gezielte Weiterentwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur angekündigt. Zur gleichen Zeit veröffentlichte die EU-Kommission eine Wasserstoffstrategie, die den kräftigen Ausbau der Erzeugungskapazitäten vorsieht. Bis 2024 soll die Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energien auf bis zu 1 Millionen Tonnen steigen, bis zum Jahr 2030 dann auf 10 Millionen Tonnen.
Heute bereits werden zahlreiche Pilotprojekte unterstützt. Beispielsweise die Errichtung einer Wasserstoffinfrastruktur im rheinland-pfälzischen Kaisersesch. Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts „SmartQuart“ entsteht dort bis 2023 eine komplette Wasserstoff-Infrastruktur – von der Erzeugung regenerativen Stroms für den Betrieb der Elektrolyseure, der Speicherung des Wasserstoffs und dessen Verteilung bis hin zu seiner Nutzung in den Sektoren Wärme- und Stromversorgung, Industrie sowie Verkehr.
Viessmann ist an diesem ersten Reallabor der Energiewende von Anfang an beteiligt und wird neben Brennwertgeräten für den Betrieb mit reinem Wasserstoff auch wasserstofftaugliche Brennstoffzellen-Heizsysteme in Kaisersesch im Praxisbetrieb erproben.
“H2-ready”-Brennwertgeräte für 100 Prozent Wasserstoff
“Wir gestalten Lebensräume für zukünftige Generationen” – das ist das Anliegen von Viessmann. Um in Zukunft eine verlässliche, sichere, bezahlbare und klimaneutrale Wärmeversorgung zu ermöglichen, erprobt derzeit ein Team aus Ingenieuren und Technikern im Technikum, dem Viessmann Forschungs- und Entwicklungszentrum am Unternehmens-Stammsitz in Allendorf (Eder), “H2-ready”-Brennwertgeräte für den Betrieb mit reinem Wasserstoff. Basis sind moderne, gasadaptive Wandgeräte für Erdgas mit einem vollvormischenden Oberflächen-Gasbrenner. Die gegenüber Erdgas deutlich abweichenden Verbrennungseigenschaften des Wasserstoffs erfordern insbesondere eine Neuentwicklung des Verbrennungs-, Flammenüberwachungs- und Regelsystems sowie eine Anpassung der Brenner-Komponenten.
Nach der Prototypen-Erprobung folgen die Phasen der Qualifizierung, Dauererprobung und schließlich der Einsatz der Geräte ab Anfang 2023 in Kaisersesch. Voraussichtlich ab 2024 werden diese Geräte in den Markt eingeführt, dann soll es in Deutschland weitere regionale Gasnetze geben, die reinen Wasserstoff an die Verbraucher verteilen. Die innovativen “H2-ready”-Brennwertgeräte werden sich mit wenigen Handgriffen vom Betrieb mit Erdgas bzw. Erdgas/Wasserstoff-Gemischen auf den Betrieb mit reinem Wasserstoff umstellen lassen. So ist ihre Zukunftsfähigkeit in der Übergangsphase von Erdgas auf Wasserstoff gewährleistet.
Weitere Brennwertsysteme, auch für größere Leistungen, sowie Brennstoffzellen und Blockheizkraftwerke für die Nutzung von Wasserstoff sind derzeit bei Viessmann in der Entwicklung. Als Innovationsführer der Branche wird das Unternehmen in wenigen Jahren ein komplettes Portfolio für nahezu jede Anwendung anbieten.
Zusatzinformationen
Erklärvideo: Wasserstoff als Energiespeicher der Zukunft
Eigenschaften von Wasserstoff
Das häufigste Element im Universum besitzt zahlreiche positive Eigenschaften. Wasserstoff ist:
- nicht giftig, ätzend oder radioaktiv,
- er verunreinigt kein Wasser und schädigt weder Natur noch Umwelt und
- er verfügt gegenüber Erdgas und Heizöl über die höchste Energiedichte pro Kilogramm (Wasserstoff 33,3 kWh/kg, Erdgas 13,9 kWh/kg, Heizöl 11,4 kWh/kg).
- Vor allem aber: Wasserstoff kann CO2-neutral erzeugt sowie verbrannt werden und ist damit absolut klimafreundlich.
Allerdings unterscheidet sich Wasserstoff zum Beispiel gegenüber Erdgas deutlich in den verbrennungsrelevanten Eigenschaften. So etwa beträgt die auf das Volumen bezogene Energiedichte bei gasförmigen Wasserstoff unter normalem Druck und bei normalen Temperaturen mit ca. 3,0 kWh/m³ lediglich nur knapp ein Drittel gegenüber Erdgas (9,97 kWh/m³).
Abgesehen davon liegt der auf unserer Erde vorkommende Wasserstoff praktisch nur in chemisch gebundener Form vor, beispielsweise als Wasser. In dieser Form bedeckt er über zwei Drittel der Erdoberfläche. Die gesamten Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1,386 Milliarden Kubikkilometer. Daneben sind auch Erdgase wie z. B. Methan sowie Erdöl wichtige wasserstoffhaltige Verbindungen auf der Erde.
Grüner, grauer, blauer, türkiser Wasserstoff – was steckt dahinter?
Der Wasserstoff muss also zunächst erzeugt werden, um als Energieträger und Rohstoff genutzt werden zu können. Im Wesentlichen gibt es dazu vier Verfahren:
- Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Der dazu benötigte Strom kommt ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Dadurch ist die Wasserstofferzeugung CO2-frei.
- Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung zumeist Erdgas produziert. Das dabei entstandene CO2 entweicht in die Atmosphäre, was den Treibhauseffekt verstärkt.
- Blauer Wasserstoff ist im Grunde grauer Wasserstoff. Jedoch wird das durch die Dampfreformierung entstandene CO2 gespeichert und gelangt nicht in die Atmosphäre. Bilanziell kann diese Art der Wasserstoffproduktion als CO2-neutral betrachtet werden.
- Türkiser Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan gewonnen. Anstelle von CO2 entsteht hierbei fester Kohlenstoff. Um diese Art der Produktion CO2-neutral zu gestalten, ist sowohl die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energien, als auch die dauerhafte Bindung des entstehenden Kohlenstoffs notwendig.
Prognosen zeigen sinkende Produktionskosten, die durch sinkende Kosten für Elektrolyseure und Erneuerbare Energien für die Stromerzeugung sowie durch die Einführung der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (z. B. in der Nordsee) getrieben werden. Laut dem internationalen Marktforschungsinstitut BloombergNEF könnte grüner Wasserstoff bis 2050 sogar mit den Kosten für Erdgas konkurrieren.