Wasserstoff bremst den Klimawandel E-Book

Kurt Olzog

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 94

Veröffentlichungsjahr: 2021

Beschreibung

Die Fähigkeiten des Elements Wasserstoff werden beleuchtet. Hierzu gehört insbesondere, dass die Nutzung von Wasserstoff imstande ist, den Klimawandel zu verlangsamen, solange Wasserstoff mit Hilfe erneuerbarer Energie aus Wasser gewonnen wird. In diesem Zusammenhang gewinnt das Buch "Ausbau der Wasserstoffwirtschaft" desselben Autors an Bedeutung.

Leseprobe

Die Werke des Autors „Energiewende im Klimawandel“, „Der Mond – Rohstoffquelle und Weltraumbasis“, „Globalisierung der Politik – Geschichte und Zukunftsperspektiven“, „Bevölkerungsexplosion und Ressourcenverbrauch“, „Gletscherschmelze und Meeresspiegel“ und „Ausbau der Wasserstoffwirtschaft“ sind inzwischen herausgekommen, das erste in mehreren Sprachen. Nun nimmt der Autor sich des Themas „Wasserstoff bremst den Klimawandel“ an und beleuchtet die Entwicklung der Möglichkeiten, die fossilen Rohstoffe völlig durch Wasserstoff zu ersetzen.

Inhalt

Sonnenenergie, ein Geschenk der Natur

Erneuerbare Energien zur Wasserstoffgewinnung

Die Vielseitigkeit von Wasserstoff

Ersatz fossiler Rohstoffe

Fliegen mit grünem Wasserstoff

Konsolidierung der Wasserstoffwirtschaft

Zukunftsperspektiven

Literaturverzeichnis

1. Sonnenenergie, ein Geschenk der Natur

Ohne ein gewisses Maß an Treibhausgasen läge die bodennahe Weltmitteltemperatur bei -18 Grad Celsius, so dass ein großer Teil des Globus vereist wäre. Als sich vor vier Milliarden Jahren die Erde allmählich abkühlte, entwickelte sich eine Atmosphäre mit hohem Methangehalt, hervorgerufen durch den damals sehr verbreiteten Vulkanismus.

In diese Zeit fiel auch die Kollision der Erde mit einem etwa Mars-großen Planeten oder mehreren Teilen davon, aus der sich der Erdmond bildete:

Das obige Bild stammt aus einem Beitrag von G. Jeffrey Taylor: „Ursprung und Entwicklung des Mondes“, erschienen in der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft, September 1994, Seiten 59-61.1

In der Folge dieses bisher größten Einschlags konnte die Erde sich wieder erholen. Es gab immer wieder Einschläge von größeren oder kleineren Asteroiden. Häufig verband sich Sauerstoff aus dem Gestein mit dem brennbaren Methan (CH4)2, so dass sich Wasser und Kohlenstoffdioxid bilden konnte. Während der Abkühlphase konnte immer häufiger Wasser aus dem Wasserdampf der Atmosphäre abregnen und dadurch kühlende Gewässer bilden.

Es bildeten sich Aminosäuren in den Gewässern, deren Ursprünge durchaus von Asteroiden stammen können. Daran forscht zur Zeit die Wissenschaft. Der Weg zum ersten einzelligen Lebewesen war wohl noch etliche Millionen Jahre weit.

Irgendwann gab es Einzeller, die Chlorophyll nutzten, um mit Hilfe der Sonnenenergie Kohlenstoffdioxid, kurz Kohlendioxid oder CO2, zu verwerten und Sauerstoff, kurz O2, abzugeben, und andere Einzeller, die O2 zur Energieerzeugung nutzten und CO2 abgaben. Ein Kreislauf bahnte sich an. Es entstanden verbundene Zellen, die zusammenarbeiteten, woraus mehrzellige Lebewesen wurden.

Die Mehrzeller schieden sich in CO2-Atmer wie beispielsweise Algen und Pflanzen, und O2-Atmer, wie einfache Polypen. Dazwischen siedelten sich Pilzartige an, die in Symbiose mit CO2-Atmern lebten.

In geologischen Zeiträumen eroberten Pflanzen und Tiere neben den Ozeanen auch das Festland. Im Archaikum und Proterozoikum ging die Entwicklung nur sehr schleppend voran. Es dauerte bis zum Kambrium, das vor 570 Millionen Jahren begann, bis die ersten Trilobiten auftauchten, später kamen kieferlose Fische hinzu, die Schwebstoffe aus dem Wasser filterten. Im Silur, vor 438 Millionen Jahren, gab es dann die ersten kiefertragenden Fische, und im darauffolgenden Devon und Karbon entwickelten sich Bärlapp- und Farngewächse und Koniferen in solchem Ausmaß, dass wir von der Steinkohle und dem Erdöl, die die Sonnenenergie uns damals besorgt hat, seit der Industriellen Revolution zehren können.

Es gab damals auch schon Eiszeiten, kurz vor dem Silur und im Karbon und Perm, in denen die damals üppige Biomasse unter einem Eismantel verdichtet und teilweise verflüssigt wurde. Das ist seit dem 19. Jahrhundert unser Reichtum an fossilen Energierohstoffen.3

Der Meeresspiegel schwankte über die Jahrmillionen sehr stark, abhängig von der Temperaturentwicklung beziehungsweise der Vereisung des Planeten. Die Schwankungen der Erdmitteltemperatur vollzog sich allerdings nur allmählich, außer bei Ereignissen wie zwischen dem Mesozoikum und dem Känozoikum, als ein Meteor die Erde traf und in der Folge viele Lebewesen einschließlich der Dinosaurier ausstarben.

Es entstand neues, widerstandsfähigeres Leben. Entsprechend blieb der Kreislauf der CO2-Moleküle erhalten. Mit Hilfe des Sonnenlichts und von Wasser nahmen die Pflanzen CO2 auf und bauten Kohlenwasserstoffe in die wachsenden Fasern ein. Übrig blieb der Sauerstoff als O2-Molekül und diente den Tieren zur Atmung. Im organischen Kohlenstoffzyklus entfernen Landpflanzen „durch Fotosynthese jährlich 60 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre, weitere 90 Milliarden Tonnen entziehen ihr Gas-Wasser-Austausch und Kleinstlebewesen im Ozean.“4 Dieser CO2-Kreislauf ist geschlossen, so dass in der Atmosphäre bis zum Jahr 1900 rund 280 ppm CO2 dafür sorgten, dass ein natürlicher Treibhauseffekt bestand. Dieser hielt die bodennahe Weltmitteltemperatur bei rund 14°C mit Ausschlägen in Warm- und Kaltzeiten nach oben und unten. „Zu diesem Effekt tragen Wasserdampf (61%), Kohlendioxid (CO2, 21%), bodennahes Ozon (O3, 7%) und andere Gase (11%) bei. Sowohl die atmosphärische Konzentration dieser Treibhausgase als auch die globale Mitteltemperatur sind natürlichen Schwankungen unterworfen. Dies wird zunehmend überlagert durch menschliche Aktivitäten, die zu einer Anreicherung der Treibhausgase und dadurch zu einer globalen Erwärmung führen (»anthropogener Treibhauseffekt«).

Der 5. Sachstandsbericht (Climate Change 2014) des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, Internationale Organisationen) bilanzierte die Erkenntnisse der weltweiten Klimaforschung mit den Worten: »Die Erwärmung des Klimasystems ist eindeutig, und die Veränderungen seit den 1950er Jahren haben über Jahrzehnte bis Jahrtausende nicht ihresgleichen. Die Atmosphäre und die Ozeane haben sich erwärmt, die Schnee- und Eisbedeckung ist zurückgegangen, der Meeresspiegel und die Konzentration der Treibhausgase ist gestiegen.«

Nach Angaben der Weltmeteorologie-Organisation (WMO) ist der Erwärmungstrend nach wie vor ungebrochen. 2016 war das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen. Die globale Durchschnittstemperatur lag 1,1 °C über dem vorindustriellen Mittelwert und 0,06 °C über der des vormaligen Rekordjahres 2015. Außerdem wurde 2016 der Temperaturanstieg in den ersten Monaten noch durch den starken El Niño 2015/16 verstärkt. Dies führte auch in den Ozeanen zu den höchsten je gemessenen Temperaturen an der Meeresoberfläche. In den hohen Breiten stieg die Temperatur stärker als im globalen Durchschnitt; so lag die Jahresdurchschnittstemperatur auf Svalbard (Norwegen) mit –0,1 °C um 6,5 °C über dem Mittelwert von 1961–90.“5

Die Grafik „Klimawandel: Globale Durchschnittstemperatur“ zeigt die Temperaturveränderung seit 1950. Der Beginn des Temperaturanstiegs liegt allerdings im 19. Jahrhundert. Seitdem werden Eisenbahnen gebaut und zum Heizen Kohle und später Erdöl verfeuert.

„Durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe hat der Mensch den CO2-Anteil in der Atmosphäre etwa seit dem Jahr 1900 bereits von 280 ppm auf mehr als 400 ppm erhöht. Handeln wir nicht sofort, werden wir nach dem pessimistischsten Szenario des Weltklimarats (IPCC) im Jahr 2100 eine Erdatmosphäre mit 1000 und 100 Jahre später sogar mit 2000 ppm CO2 erleben. Gegen die Menge des CO2 wie auch die Geschwindigkeit, mit der sie steigt, werden die natürlichen Regulierungsmechanismen nicht schnell genug ankommen. Eine Erde, wie der Mensch sie nie gekannt hat, wird die Folge sein.

Die Enormität dieser Entwicklung wird vielleicht am deutlichsten, wenn man betrachtet, wie lange es dauern wird, bis die Erde den CO2-Gehalt auf das vorindustrielle Niveau zurückgebracht haben wird. Der Klimawissenschaftler David Archer von der University of Chicago und der Hamburger Klimamodellierer Victor Brovkin vom Max-Planck-Institut für Meteorologie haben das 2008 berechnet: Die Absorption von Kohlenstoffdioxid durch die Ozeane wird dessen Konzentration in der Atmosphäre in rund 3000 Jahren ausgehend von rund 1400 ppm auf 600 ppm reduziert haben. Nach 20000 Jahren wird die Verwitterung von Karbonatgestein den CO2-Anteil auf 450 ppm gesenkt haben, und erst nach 200000 bis 400000 Jahren wird die [...] Verwitterung von Silikatgestein das ursprüngliche Niveau von 280 ppm wiederhergestellt haben. Ohne Zweifel wäre es besser, wenn der Mensch schnellstmöglich die Finger von diesem unvorstellbaren Experiment ließe.“6

Die Verursacher dieses Klimawandels sind wir Menschen mit unserem Energiehunger bei gleichzeitiger Bevölkerungsexplosion. Um diesen Prozess aufhalten zu wollen, ist es zu spät. Er lässt sich allerdings verlangsamen. Wie bereits im in Paris 2015 beschlossenen Klimaabkommen vereinbart, will die Weltbevölkerung versuchen, die Erderwärmung auf 1,5°C gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter zu begrenzen. Dazu muss man sich klarmachen, welche Parameter sich dazu eignen. Man muss die Treibhausgasemissionen in recht kurzer Zeit stoppen, wie die folgende Grafik „CO2-Konzentration der Atmosphäre“ nahelegt.

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Angenommen, es gelingt uns, den CO2-Ausstoß auf Null herunterzufahren, dann blieben die gut 400 ppm CO2 erst mal in der Atmosphäre und der Treibhauseffekt bliebe erhalten. Damit würden weiterhin Gletscher schmelzen und den Meeresspiegel erhöhen.

Es wird einige hundert Jahre brauchen, bis sich die Situation einigermaßen stabilisiert hat. Wenn wir Glück haben, können wir immerhin soweit kommen. Wir müssten allerdings das Geschenk der Sonnenenergie annehmen. Es gibt in Europa einige Gegenden, die von der Sonne besonders verwöhnt werden. Dort können wir auf verschiedene Weise die Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln. Neben vielen Fotovoltaikanlagen, die nur tagsüber Strom liefern, gibt es weitere Versuchsanlagen, die gewonnene Energie speichern können und dadurch auch nach Sonnenuntergang Strom erzeugen können. Beispiele dafür sind die solarthermischen Anlagen Andasol in Andalusien (in Spanien) und in der Mojave-Wüste in Kalifornien (USA). Beispiele dieser Technologien zeigen die folgenden Fotos.8

Parabolrinne

Fresnel-Kollektor

Solarturm

„Sauberer Strom aus den Wüsten kann über Hochspannungs-Gleichstromleitungen über weite Strecken transportiert werden. 90% der Menschheit könnten theoretisch mit sauberen Strom aus der Wüste versorgt werden, da sie im Umfeld von 3000 km einer Wüste leben. Mit lediglich 3% pro 1000 Kilometer ist die Verlustrate relativ gering – die Standortvorteile von Solaranlagen in Wüsten gleichen diese Leitungsverluste mehr als aus.

Insbesondere China hat bereits Erfahrung mit der Nutzung von Hochspannungsgleichstromübertragungsleitungen (HGÜ), wie sich am Beispiel der 1418 km langen HGÜ-Leitung zwischen Yunnan und Guangdong zeigt.“9

Ein weiteres Geschenk an Sonnenenergie erhalten wir mit Hilfe der Atmosphäre: Den größten Anteil an Sonnenenergie erhält der Äquator und der Bereich vom 23. Breitengrad Nord bis zum 23. Breitengrad Süd. Den geringsten Anteil erhalten die Pole. Dadurch ergibt sich ein Temperaturgefälle und ein Luftdruckunterschied, der ausgeglichen werden muss. Das geschieht wiederum durch Luftzirkulation in Form von Wind oder Sturm. Dieser Luftdruckausgleich kann Windräder antreiben, die durch ihre Rotation mittels Generatoren elektrischen Strom erzeugen.

Dieses Geschenk an Sonnenenergie können wir besonders in den gemäßigten Breiten nutzen, sowohl an Land (onshore), als auch vor der Küste (offshore). Es gibt allerdings warnende Stimmen, die darauf hinweisen, dass die Politik die Energiewende zu langsam vorantreibt. Dazu schreibt Christoph Böckmann in der Monatszeitschrift „metallzeitung“ vom November 2020 auf S. 4f: „Deutschland geht die Energie aus“. Im Untertitel heißt es „WINDKRAFT Europa will der erste klimaneutrale Kontinent werden. Auch deshalb baut Deutschland die Windkraft weiter aus. Doch die Zahl der geplanten Windräder ist zu niedrig.“10

Im Text erfahren wir: „Seit Jahren werden in Deutschland zu wenig Windräder in Betrieb genommen, sowohl im Binnenland (onshore) als auch vor der Küste (offshore). Zuletzt brach die Entwicklung bei beiden sogar richtig ein. Das sind schlechte Nachrichten. „Wenn wir bis 2050 eine klimaneutrale Energieversorgung wollen, brauchen wir einen jährlichen Zubau von rund vier Gigawatt onshore und zwei Gigawatt offshore“, betont Wolfgang Lemb, geschäftsführendes Vorstandsmitglied der IG Metall. Von diesen Zahlen sind wir weit entfernt (s. Grafiken). Die Bundesregierung hat jetzt zwar reagiert und in der aktuellen Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) den Ausbau angehoben, doch sie bleibt weit hinter den Anforderungen an eine glaubwürdige Energiewende zurück. Viele Hemmnisse beim Ausbau der Windenergie werden nicht angegangen. Und: „Beim Austausch alter gegen neue leistungsstärkere Windenergieanlagen, dem sogenannten Repowering, sehe ich im Entwurf des EEG noch eine Leerstelle. Da muss sich politisch noch etwas bewegen.“, sagt Lemb.

Dabei hat sich Deutschland vorgenommen, auch die Teile der Industrie und Mobilität auf klimaneutral zu trimmen, bei denen es nur mit Wasserstoff geht – beispielsweise beim Stahlkochen oder im Flugverkehr. Doch für die Herstellung von grünem Wasserstoff