Wasserstoff: ein geeigneter umweltfreundlicher Energieträger?

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich suchen nach möglichen Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Im Fokus: Wasserstoff.

Kohlenstoffdioxid (CO2) wird durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Erdöl, -gas und Kohle freigesetzt. Kohlenstoffdioxid ist ein sogenanntes Treibhausgas, da es einen Teil der vom Erdboden abgegebenen Wärmestrahlung aufnimmt, die ansonsten ins Weltall entweichen könnte. Nimmt der Gehalt von CO2 in der Atmosphäre zu, verstärkt sich der Treibhauseffekt und es wird wärmer.

Um eine Klimaerwärmung zu vermeiden bzw. einzudämmen, empfehlen Wissenschaftler seit vielen Jahren, den Ausstoß von Treibhausgasen weltweit zu reduzieren. Als Alternative zu den fossilen Brennstoffen wird deshalb intensiv an der Nutzung von Wasserstoff (H2) als Treibstoff für Autos oder auch bei der Energiespeicherung für Solar- und Windenergie geforscht.

Noch ist es schwer abzuschätzen wie viel Wasserstoff durch den verstärkten Einsatz im globalen Energieversorgungssystem in die Erdatmosphäre entweichen würde. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich (FZJ) untersuchen aber bereits heute, welche möglichen Risiken ein steigender Wasserstoffgehalt in der Atmosphäre haben könnte.

Wasserdampf ist ebenfalls ein Treibhausgas

Entweicht molekularer Wasserstoff (H2) in die Atmosphäre, gelangt er durch globale Transportmuster in die sehr trockene Stratosphäre (ca. 10 - 50 km Höhe) und wird dort chemisch in Wasserdampf umgewandelt. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre.

Eine zukünftige intensive globale wirtschaftliche Nutzung von Wasserstoff könnte deshalb die Erwärmung der Erdatmosphäre antreiben und somit einen Teil der Vorteile gegenüber CO2 emittierenden Brennstoffen mindern.

Zusätzlich zu seinen Strahlungseigenschaften ist Wasserdampf ein wesentlicher Bestandteil polarer Ozonchemie und kann deshalb signifikant die Ozonschicht in der Stratosphäre insbesondere in den Polarregionen Arktis und Antarktis beeinflussen. Durch das im Montreal Protokoll festgelegte Verbot von ozonzerstörenden Substanzen (z. B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe, FCKWs) ist eine Erholung der Ozonschicht in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten. Erhöhter Wasserdampf in der Stratosphäre, verursacht durch eine zukünftige weltweite Wasserstoffwirtschaft, könnte jedoch die Erholung der Ozonschicht verzögern. Aufgrund dieser komplexen Zusammenhänge ist eine zukünftige großflächige Nutzung von Wasserstoff im weltweiten Energieversorgungssystem kritisch zu überprüfen.

Die durch eine Wasserstoffwirtschaft verursachte Zunahme stratosphärischen Wasserdampfes hängt von den Mengen an freigesetztem Wasserstoff entlang der ganzen Prozesskette der Produktion, des Transports, der Lagerung und des Verbrauchs von Wasserstoff ab und ist derzeitig schwierig vorherzusagen. Unter Verwendung von Ergebnissen geeigneter sozio-ökonomischer Analysen konnten Jülicher Wissenschaftler einen maximalen Wassereintrag aufgrund einer zukünftigen globalen Wasserstoffwirtschaft in die Stratosphäre abschätzen und geeignete Modellsimulationen durchführen. Der Einfluss sowohl auf den stratosphärischen Ozonverlust als auch auf die Strahlungseigenschaften der Stratosphäre wurde als gering eingeschätzt und liegt im Bereich der natürlichen Variabilität stratosphärischen Wasserdampfes. Vorausgesetzt, dass Wasserstoff durch erneuerbare Energiequellen erzeugt wird, überwiegen deshalb doch die Vorteile einer zukünftigen globalen Nutzung von Wasserstoff als Energieträger für die Umwelt und die Risiken für die Stratosphäre wurden als wahrscheinlich gering bewertet. Wasserstoff ist demnach wirklich ein geeigneter Energieträger für die Zukunft.

Literaturhinweise:
Vogel, B., Feck, T., Grooß, J.-U., Riese, M. (2012): Impact of a possible future global hydrogen economy on Arctic stratosphericozone loss. Energy Environ. Sci., 2012, 5, 6445. doi: 10.1039/c2ee03181g

Vogel, B., Feck, T., Grooß, J.-U. (2011): Impact of stratospheric water vapor enhancementscaused by CH4 and H2O increase on polar ozone loss. J. Geophys. Res.,116, D05301, doi:10.1029/2010JD014234.

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