Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

88 3 Technologien und nachhaltige Potenziale
Gas
Luft
Gasaufbereitung
Brennstoffzelle
Wärmetauscher
Stromaufbereitung
Pilot- und Demonstrationsanlagen und in Kleinserien
verfügbar. Sie arbeiten bei Temperaturen von
80–800 °C (Abb. 3.4-4). Auch Kombikraftwerke mit
Brennstoffzellenvorschaltstufe im 50–100 MW-
Bereich sind bereits projektiert. Intensive Entwicklungen
laufen in der Automobilindustrie, um Brennstoffzellen
als emissionsfreie Antriebsaggregate für
Fahrzeuge serienreif zu machen. Die in kommerziellen
Systemen kurzfristig als erreichbar angesehenen
Stromwirkungsgrade liegen zwischen 45% (für
PEMFC; langfristig wahrscheinlich bis über 60%)
und 55–60% (für MCFC, SOFC). In Verbindung mit
Kombianlagen werden Wirkungsgradpotenziale bis
zu 70% gesehen (Tab. 3.3-1). Bemerkenswert ist, dass
aufgrund ihrer modularen Bauweise diese Wirkungsgrade
auch bei kleinen Leistungen im kW-Bereich
erreichbar sind, wodurch sich Brennstoffzellen sehr
gut für effiziente, dezentrale Kraft-Wärme-Kopplungssysteme
mit hohem Gesamtnutzungsgrad eignen
(Kap. 3.3). Die bisher im Praxisbetrieb nachgewiesenen
Wirkungsgrade liegen allerdings noch um
5–10% unter diesen Zielwerten.
Für eine kurzfristige Wettbewerbsfähigkeit von
Brennstoffzellen sind neben weiteren technologischen
und systemtechnischen Fortschritten auch die
energiepolitischen Rahmenbedingungen deutlich zu
verbessern, vor allem bei der Kraft-Wärme-Kopplung.
Nur so lassen sich die technische Weiterentwicklung
und die mit der Markteinführung verbundenen
Vorleistungen absichern.
Die Entwicklung von Energiewandlern führt zu
einer wachsenden Bedeutung effizienter Systeme
kleinerer Leistung. Was bei den regenerativen Energietechnologien
schon vor gut einem Jahrzehnt
begonnen hat, setzt sich derzeit bei Blockheizkraft-
Wärmespeicher
Wärme für
Haushalt
Strom für lokalen
Verbrauch und
Netzeinspeisung
Abbildung 3.4-4
Prinzipbild eines Hausenergiesystems
auf Wasserstoffbasis.
Solche Häuser
können auch an ein
Wasserstoffnetz
angeschlossen werden. Die
dezentrale Gasreformierung
und -reinigung entfallen in
diesem Fall.
Quelle: WBGU
werken, Mikrogasturbinen, Stirlingmotoren und
Brennstoffzellen fort. Auch Kraftwerke werden als
GuD-Anlagen mit deutlich kleineren Leistungen bis
maximal 200 MW projektiert. Fortschritte in der
Elektronik und Computertechnologie erlauben die
Kombination einer immer größeren Anzahl kleinerer
Einheiten zu verteilten Kraftwerken. Der liberalisierte
Energiemarkt honoriert derartige Entwicklungen,
weil mit diesen Anlagen flexibel und mit
überschaubarem Investitionsvolumen auf die Anforderungen
des Marktes reagiert werden kann.
3.4.4.5
Potenzielle Umweltschädigungen durch
Wasserstoff
Bei der Verbrennung von Wasserstoff ist darauf zu
achten, dass die hohen Flammentemperaturen nicht
zu erhöhten NO X -Emissionen führen. Entsprechende
technische Lösungen stehen aber bereits zur
Verfügung, da die Optimierung des Verbrennungsvorgangs
wegen des Fehlens anderer Schadstoffe auf
die Minimierung von NO X konzentriert werden
kann.
Das Wasserstoffmolekül ist ein natürlicher
Bestandteil der Atmosphäre mit einer Konzentration
von rund 0,5 ppm in Bodennähe.Wenn Wasserstoff in
großem Umfang genutzt wird, kann die Konzentration
in der Atmosphäre durch Lecks erhöht werden,
wodurch chemische Reaktionen ausgelöst werden,
die indirekt die Konzentration des Treibhausgases
Methan ansteigen lassen könnten. Erste Abschätzungen
ergaben allerdings, dass gegenwärtig anthropogener
Wasserstoff die Methankonzentration nur