Weißer und goldener Wasserstoff: Starke Treiber zur Dekarbonisierung im Fokus der Forschung

Wasserstoff stellt eine vielversprechende Lösung als Kraftstoff für die Zukunft dar. Viele Fachleute sind der Ansicht, dass er das Potential hat, ein echter Wendepunkt für das Erreichen der Ziele der Dekarbonisierung zu sein, vor allem, wenn es sich dabei um grünen oder sogar weißen bzw. goldenen Wasserstoff handelt. Der starke Anstieg an Investitionen in die Forschung und Prüfung der Einsatzmöglichkeiten in jüngster Zeit ist ein Beleg für die großen Hoffnungen, die in den alternativen Kraftstoff gesetzt werden.

Wasserstoff ist ein brennbares Gas, das erstmals 1766 als eigenständiges Element entdeckt wurde; die jeweilige Farbbezeichnung bezieht sich darauf, wie Wasserstoff gewonnen bzw. hergestellt wird und ob der entsprechende Herstellungsprozess zu geringeren Kohlendioxidemissionen führt als herkömmliche Verfahren der Wasserstoffherstellung.

Um Wasserstoff als Energiequelle in großem Maßstab nutzen zu können, braucht es Fachwissen im Umgang mit dem Gas in neuen Bereichen. Infolgedessen ist davon auszugehen, dass IECEx, das IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres, eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit im Umgang mit dem brennbaren Gas spielen wird.

Die Magie eines sauberen Kraftstoffs liegt im Verfahren: Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse erzeugt, wobei die benötigte elektrische Energie nicht von Kohle oder fossilen Brennstoffen, sondern aus erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne stammt. Weißer Wasserstoff hingegen bezieht sich auf die natürlich vorkommenden unterirdischen Wasserstoffvorräte. Die Bezeichnung goldener Wasserstoff wird speziell für Wasserstoff, der durch mikrobielle Aktivitäten in erschöpften Ölbohrschächten erzeugt wird, verwendet. Weißer und goldener Wasserstoff können deshalb potentiell sauberer sein als konventionelle Herstellungsverfahren für Wasserstoff.

Noch bis vor einem Jahr hielt sich die Begeisterung bzw. Erwartung von Fachleuten im Hinblick darauf, dass weißer oder goldener Wasserstoff eine echte Option werden könnte, in Grenzen. Das könnte sich allerdings ändern. Immer mehr Wissenschaftler*innen sehen in weißem bzw. goldenem Wasserstoff echte Alternativen zu herkömmlichen emissionsintensiven Kraftstoffen. Eines der wichtigsten Zeichen der Unterstützung kam dabei vom US-amerikanischen Energieministerium, das bekannt gab, bis zu 20 Millionen US-Dollar in die Forschung hinsichtlich des Potentials von geologischem Wasserstoff zu investieren.

Im Oktober 2023 stellten Wissenschaftler*innen der US Geological Survey Forschungsergebnisse vor, die nahelegen, dass es auf der Erde deutlich mehr Wasserstoff gibt als bisher angenommen. Auch andere Geologinnen und Geologen sind der Ansicht, dass es noch unerschlossene Vorkommen von weißem Wasserstoff in den USA, Australien und Teilen Europas geben könnte. Erst im Februar 2024 wurde ein riesiges Wasserstoffvorkommen in einer albanischen Mine gefunden. Solche Entwicklungen haben das Interesse an dem Bereich neu entfacht.

Es darf jedoch nicht vergessen werden, dass es noch ein weiter Weg ist, bevor mit Sicherheit gesagt werden kann, dass weißer Wasserstoff tatsächlich eine saubere Energiequelle ist. Es erfordert noch weitere Arbeit, um die Auswirkungen der Gewinnung von geologischem Wasserstoff zu bewerten und schließlich abzuschätzen, wie energieintensiv das Ganze ist.

Lastkraftwagen – der vielversprechende Markt für Wasserstoff

Wasserstofffahrzeuge verursachen genau wie Elektrofahrzeuge keine Schadstoffemissionen durch Abgase. Getrieben wird der Markt für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge vor allem durch den schweren Straßengüterverkehr. Hierfür sprechen unter anderem die größere Reichweite und die Schnelligkeit, mit der wasserstoffbetriebene Lastkraftwagen aufgetankt werden können. Es gibt außerdem noch einige Marktbarrieren, die Brennstoffzellenfahrzeuge überwinden müssten, wenn sie mit E-Fahrzeugen in Konkurrenz treten würden.

Der Forschungs- und Entwicklungsbereich des US-Energieministeriums, ARPA-E, ist optimistisch hinsichtlich neuer Methoden und Wege, die unser Verständnis bezüglich der Herstellung und Gewinnung von sauberem Wasserstoff beschleunigen können. In einer Pressemitteilung sagt ARPA-E Director Evelyn N. Wang: „Mit Blick auf geologischen Wasserstoff stellen wir die Frage: Gibt es innovative Wege, um an diese Wasserstoffquelle zu gelangen und das Potential zu prüfen?“ Sie erklärt, dass es eventuell Möglichkeiten zur Beschleunigung der Entwicklung der Wasserstoffherstellung gibt. Durch die Nutzung stimulierter mineralogischer Verfahren könnten größere Mengen an unterirdischem Wasserstoff gewonnen werden, der eine wesentliche Quelle für saubere Energie sein könnte.

Die Finanzförderung unterstützt zwei Forschungsbereiche: Im ersten Bereich geht es um die Entwicklung von Technologien zur Förderung der Herstellung von Wasserstoff aus unterirdischen Mineralvorkommen; der zweite Bereich konzentriert sich auf die Gewinnung von geologischem Wasserstoff und die damit verbundenen Risiken.

Infolge dieser neuen Technologien ist eines der größten Risiken, die es zu bewältigen gilt, die Sicherheit bei der Nutzung des brennbaren Gases und beim Umgang damit. IECEx, ein Konformitätsbewertungssystem, das für die Prüfung und Zertifizierung nach internationalen IEC-, ISO/IEC- und ISO-Normen für Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen eingerichtet wurde, wurde von der Wasserstoffwirtschaft von Anfang an als zuverlässig erachtet.

Chris Agius, Executive Secretary von IECEx, sagt: „Da es sich um eine brennbare Substanz handelt, werden Geräte, Dienstleistungen und die Kompetenzen von Personen in Bereichen, die mit Wasserstoff in Berührung kommen, durch die IECEx-Zertifizierung abgedeckt, seit IECEx im Jahr 2003 mit der Ausstellung von Zertifikaten begann und bis heute mehr als 30.000 Zertifikate ausgestellt hat.“

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Im Zuge der Markteinführung der neuen Technologien wird IECEx eine zentrale Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit von Prozessen und der Handhabung mit Wasserstoff spielen.

Der zunehmende Fokus auf Wasserstoff als zukünftige Energiequelle hat dazu geführt, dass IECEx sich mit anderen internationalen Organisationen zusammengetan hat, darunter ISO, insbesondere ISO TC 197/SC1, mit dem IECEx eine formale Partnerschaft vereinbart hat. Daneben arbeitet IECEx eng mit IRENA zusammen, wobei der aktuelle Fokus der gemeinsamen Arbeit auf der Erarbeitung von Stellungnahmen liegt, die bei der anstehenden Klimakonferenz (COP 28) in Dubai Gegenstand der Diskussion sein werden.

IECEx überwacht die Einhaltung internationaler Normen zur Wasserstoffsicherheit. IECEx-Zertifizierungen sind ein wertvolles Instrument zur Erleichterung des Handels auf nationaler sowie internationaler Ebene. Das Konformitätsbewertungssystem trägt damit auch zu SDG 9 (Industrie, Innovation und Infrastruktur) bei, indem es Innovation und Entwicklung im Wasserstoffsektor unterstützt. Es leistet zudem einen Beitrag zu SDG 11, das darauf abzielt, Städte und Siedlungen sicher, widerstandsfähig und nachhaltig zu gestalten.

Indem es einen sicheren Zugang zu Wasserstoff schafft, ermöglicht IECEx bezahlbare und saubere Energie, das Ziel von SDG 7. Die Nutzung von grünem, weißem oder goldenem Wasserstoff kann sich als alternativer Kraftstoff erweisen, der in unterschiedlichsten Anwendungen genutzt werden kann, wie zum Beispiel für die Stromerzeugung, im Verkehr, zum Heizen oder in anderen industriellen Verfahren. Da Wasserstoff gespeichert werden kann, ist er auch eine großartige Option für netzunabhängige Stromversorgungsanlagen und ermöglicht so die Elektrifizierung ländlicher Gebiete.

Saubere Kraftstoffquellen, die Teil des globalen Energiemixes werden, bedeuten weniger Treibhausgasemissionen. Mit der Expansion des Wasserstoffs auf dem Kraftstoffmarkt ermöglichen IECEx-Zertifizierungen Herstellern und Verbraucher*innen, Vertrauen auf den internationalen Märkte zu gewinnen, und trägt dazu bei, den Aufbau einer Energieinfrastruktur mit mehr sauberen Kraftstoffen zu beschleunigen. So wird ein wesentlicher Beitrag zum SDG 13 geleistet, um die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.

Nur die Zeit wird zeigen, ob die sichere Gewinnung von geologischem Wasserstoff eine echte Alternative wird, die unsere Kohlendioxidemissionen wesentlich reduziert. Wie auch immer das Ergebnis auf lange Sicht aussehen wird: IECEx wird für eine sichere Verwendung und Handhabung von Wasserstoff sorgen.

Redaktioneller Hinweis:

Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals auf etech.iec.ch in der Ausgabe 05/2023.
Zu finden unter: https://etech.iec.ch/issue/2023-05/new-research-focuses-on-white-and-gold-hydrogen