Eine grundsätzliche Herausforderung in der Transformation ist der Transfer von Forschungsergebnissen zu markttauglichen Innovationen. An österreichischen Universitäten und außeruniversitären Forschungszentren werden Methoden, etwa um Kohlenstoffkreisläufe zu schließen, entwickelt. Vor der industriellen Anwendung müssen sich diese in Demonstrationsanlagen für den Dauerbetrieb beweisen. Die damit einhergehenden Risiken werden durch den geförderten Anteil abgefedert. Ebenso sollen Förderungen für Chancengleichheit zu etablierten, auf fossilen Energieträgern basierenden, Lösungen sorgen.

Grüne Energie

Ein wesentlicher Baustein in der Transformation zu einem nachhaltigen Energiesystem ist die saisonale Speicherung. Kurzfristige Schwankungen in der Bereitstellung erneuerbarer Energie aus Photovoltaik und Windkraft können durch elektrochemische Netzspeicher und Pumpspeicherkraftwerke ausgeglichen werden. Da der Verbrauch im Winter im Vergleich zu den erzeugungsstarken Sommermonaten jedoch nennenswert höher ist, ergibt sich die Notwendigkeit saisonaler Speicher. Derzeit wird das durch Erdgasspeicher bereitgestellt. In einem erneuerbaren Szenario können diese unterirdischen Speicher mit Wasserstoff und erneuerbaren Methan gefüllt werden. Durch Wärmekopplung können diese integrierten Speichersysteme sowohl Strom- als auch Wärmebedarf mit hohen Wirkungsgraden decken.

Zur Volatilität zukünftiger Erzeugungsanlagen im Stromnetz kommt die Veränderung in der Struktur hin zu dezentralen Netzen. Dafür sind intelligente Regelmechanismen notwendig, um temporäre und lokale Überschüsse in den verschiedenen Netzebenen bestmöglich zu nutzen. Eine stärke Kopplung durch Power-to-Gas Knoten sorgt für Versorgungssicherheit und eine optimale Nutzung der primären Energiequellen.

Grüne Industrie

Generell wird grüner Wasserstoff eine bedeutende Rolle in der energieintensiven Industrie einnehmen. Einerseits wird dieser in der chemischen Industrie als Substitut für fossile Rohstoffe (Erdöl, Erdgas) und als Reduktionsmittel als Substitut für Kohle in der Stahlerzeugung verwendet. Andererseits kann damit CO₂ aus Abgasströmen wieder zu flüssigen oder gasförmigen Energieträgern aufbereitet werden. Das ist vor allem dort relevant, wo Kohlendioxid im Prozess aus dem Rohstoff und nicht aus dem Brennstoff freigesetzt wird, wie in der Zementherstellung.

Damit Wasserstoff im großen Stil aus erneuerbarem Strom mittels Elektrolyse hergestellt werden kann, ist der Ausbau erneuerbarer Energiequellen Voraussetzung. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Infrastruktur um- und auszubauen. Um große Energiemengen über weite Strecken zu befördern, soll ein Pipelinesystem (European Hydrogen Backbone) aufgebaut werden. Damit lässt sich Wasserstoff aus den windreichen Regionen im Norden und dem sonnigen Süden zu den Industrieregionen zu transportieren.

Grüner Transport

Im Transportsektor macht Wasserstoff als Energieträger speziell für schwere Lasten und lange Strecken Sinn, wo eine Elektrifizierung schwierig ist. Als Beispiel seien Binnenschiffe genannt, die durch Brennstoffzellen oder klimaneutrale Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Der Aufbau einer Versorgungsinfrastruktur stellt hier eine besondere Herausforderung dar, da sich die Reichweiten im Vergleich zu flüssigen Energieträgern (bei gleichbleibendem Tankvolumen) verkürzen.

In mobilen Anwendungen wird Wasserstoff derzeit hauptsächlich in gasförmiger Form gespeichert. Um eine ausreichende hohe Energiedichte zu erzielen, werden Tanks mit bis zu 700 bar Druck verwendet. Der technische Aufwand gegenüber flüssigen Energieträgern ist damit deutlich erhöht. Alternativ kann Wasserstoff auch bei sehr niedrigen Temperaturen verflüssigt werden. Zudem gibt es eine Vielzahl an festen und flüssigen Materialien, die Wasserstoff durch Hydridbildung oder Adsorption aufnehmen und mit relativ geringem Energieaufwand wieder abgeben können. Zu den ökologischen und ökonomischen Randbedingungen gesellt sich also noch eine Reihe an technologischen Herausforderungen. Um hier optimale Lösungen zu finden, ist es notwendig, diese in realitätsnahen Umgebungen zu testen, um größtmögliche Lerneffekte zu erzielen.

Eine konkrete Idee besteht darin, eine emissionsfreie Logistikachse entlang der Donau aufzubauen. Diese soll neben den derzeitig transportieren Gütern auch gleich dazu verwendet werden, um eine Versorgung mit klimaneutralen Energieträgern aufzubauen.

Grüne Synergien

Bei vielen Entwicklungen stellt sich die Frage der Schnittstellen untereinander und welche Synergien sich nutzen lassen. Die nachhaltige Transformation stellt eine komplexe Aufgabe dar. Das bisherige, organisch gewachsene System, soll in kurzer Zeit durch ein effizienteres, nachhaltiges umgebaut werden. Es wird nicht genügen, den Gesamtentwurf durch das Gleichgewicht von Einzelinteressen geschehen zu lassen. Stattdessen ist eine holistische Betrachtung mit einer Vielzahl an Komponenten gefragt, um optimale Entscheidungen treffen zu können.

Die Struktur von WIVA P&G ist darauf ausgerichtet, Organisationen aus Forschung, Industrie und Zivilgesellschaft an einen Tisch zu bringen und ohne die üblichen Vorbehalte zu kommunizieren. Erfahrungen in der Umsetzung werden ausgetauscht und Felder für notwendige Innovationen identifiziert. So ergeben sich ständig neue Projektideen und dazu passende Konsortien. Obwohl die Marktreife immer ein Ziel der Innovationen ist, werden in diesem Rahmen die technologischen Möglichkeiten von der Idee bis zu den Demonstrationsanlagen, entlang der gesamten Entwicklungskette erweitert. Bei diesem Zugang wird Österreich die Rolle eines Vorzeigemarktes einnehmen, auf dem klimaneutrale Technologie erprobt und im Systemzusammenhang demonstriert werden. Die globale Dimension wird dann durch den Export dieser Technologien erreicht. Dabei steigt die inländische Wertschöpfung und es werden grüne Arbeitsplätze geschaffen.

Um als Gesellschaft gemeinsam von der Transformation zu profitieren ist es notwendig, Vorbehalte durch Offenheit in der Kommunikation und die Bereitschaft zu lernen, abzubauen.

Weiterführende Inhalte und Literatur

Verein Wasserstoff Initiative Vorzeigeregion Austria, www.wiva.at

Alexander Trattner et al, Sustainable hydrogen society e Vision, findings and development of a hydrogen economy using the example of Austria, International Journal of Hydrogen Energy 47, 2022, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.166