Klimaneutral heizen mit Wasserstoff – Lösungen von Viessmann
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Viessmann entwickelt Lösungen für das klimaneutrale Heizen mit Wasserstoff
Über 90 Prozent der Heizungen in Österreich werden heute noch mit Erdgas oder Öl betrieben. Das endgültige Aus dieser fossilen Brennstoffe ist jedoch beschlossene Sache. Um CO₂-Emissionen in Österreich und der EU möglichst vollständig zu vermeiden, werden zukünftig Strom und erneuerbare Energieträger eine wichtige Rolle spielen. Vor allem der Einsatz von grünem Wasserstoff gilt als konsequenter Weg, den Gebäudesektor klimaneutral zu machen. Er wird mit Strom aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen aus Wasser CO₂-neutral erzeugt und verbrennt ohne klimaschädliche Emissionen.
Klima schützen und Geld einsparen
Die Nutzung von Wasserstoff und die Elektrifizierung der Wärmeversorgung müssen Hand in Hand gehen. Würde zukünftig bei der Gebäudebeheizung ausschließlich auf Strom für den Betrieb von Wärmepumpen oder elektrischen Infrarotheizungen gesetzt, wäre der teure Ausbau von Stromnetzen und Reservekraftwerken unbedingt erforderlich, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Dagegen können für Wasserstoff die bestehenden Gasnetze genutzt werden, was wesentlich geringere Investitionen für den Umbau unseres Energiesystems zur Folge hätte.
Hinzu kommt: Wasserstoff kann praktisch sofort zur deutlichen Verringerung der Treibhausgas-Emissionen beitragen. Allein schon die Einspeisung von 20 Prozent Wasserstoff in die Erdgasnetze würde den CO₂-Ausstoß um etwa sieben Prozent reduzieren – Jahr für Jahr. Ein schnell wirksamer Beitrag zum Klimaschutz.
Wasserstoff-Infrastrukturen ausbauen und nutzen
Der Ausbau der erforderlichen Infrastrukturen für die Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff wird in den kommenden Jahren vorangetrieben. Im Sommer 2020 veröffentlichte die EU-Kommission eine Wasserstoffstrategie: Bis 2024 soll die Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energien auf bis zu eine Million Tonnen steigen, bis zum Jahr 2030 dann auf zehn Millionen Tonnen.
Eine zunehmende Anzahl von Pilotprojekten wird bereits unterstützt. So entsteht zum Beispiel derzeit in Kaisersesch (Rheinland-Pfalz) eine komplette Wasserstoff-Infrastruktur – von der Erzeugung regenerativen Stroms für den Betrieb der Elektrolyseure, der Speicherung des Wasserstoffs und dessen Verteilung bis hin zu seiner Nutzung in den Sektoren Wärme- und Stromversorgung, Industrie sowie Verkehr.
Lösungen für die Zukunft
Viessmann übernimmt Verantwortung für die Lebensräume zukünftiger Generationen. Damit zukünftig sowohl die klimaneutrale als auch eine erschwingliche Beheizung unserer Häuser möglich ist, entwickelt das Unternehmen "H₂-ready"-Heizgeräte.
Viessmann wird mit dem "H2-ready"-Brennwertgerät nicht nur ein innovatives Heizgerät auf den Markt bringen, sondern zugleich auch Zukunftssicherheit gepaart mit der gewohnt hohen Zuverlässigkeit des deutschen Familienunternehmens mit über 100-jähriger Tradition.
Aufbauend auf die bewährte Gas-Brennwerttechnik der Vitodens Familie werden zur Zeit Brenner-Komponenten sowie die Verbrennungs-, Flammenüberwachungs- und Regelsysteme überarbeitet, um sie an die spezifischen Verbrennungseigenschaften des Wasserstoffs anzupassen. Ziel ist, dass sich die neuen Wandgeräte mit wenigen Handgriffen einfach und schnell vom Betrieb mit Erdgas oder Erdgas/Wasserstoff-Gemischen auf reinen Wasserstoff umschalten lassen. Anlagenbetreiber erhalten so in der Übergangsphase von Erdgas auf Wasserstoff maximale Zukunftssicherheit.
Nach Abschluss der Prototypen-Erprobung erfolgt die Qualifizierung und Dauererprobung der Geräte, bevor sie ab 2023 in Kaisersesch erstmals in der Praxis zum Einsatz kommen. Die Markteinführung ist bislang für das Jahr 2025 geplant. Dann wird es voraussichtlich weitere regionale Gasnetze geben, die ausschließlich Wasserstoff an die Haushalte und Industriebetriebe verteilen.
Bis zu 30 Prozent Wasserstoff bereits jetzt möglich
Als Innovationsführer der Branche hat Viessmann die effiziente Verwendung von Wasserstoff bereits heute zum Heizen möglich gemacht. Die modernen Gas-Brennwertgeräte sind H₂-ready, das heißt, sie können mit 20 bis 30 Prozent Wasserstoff im Erdgas betrieben werden. Bauherren und Modernisierer, die sich für einen solchen Wärmeerzeuger entscheiden, sind damit bestens vorbereitet für die bevorstehende Entwicklung unseres Energiesystems. Folgende Heizsysteme und Produktlösungen sind für die Nutzung von Wasserstoff zertifiziert:
- Gas-Brennwertheizung Vitodens
- Brennstoffzellenheizung Vitovalor
- Industrie-Großkessel Vitomax
- Blockheizkraftwerke (BHKW) Vitobloc
Wasserstoff als Energielieferant für die Brennstoffzelle
Neben Sauerstoff ist Wasserstoff der wichtigste Energielieferant für die Brennstoffzelle. Seine Tauglichkeit als Energielieferant für Brennstoffzellen in Fahrzeugen und Schiffen hat Wasserstoff bereits mehrfach bewiesen. Auch im Wohnbereich kommt er immer häufiger zum Einsatz. Allein in Japan, wo die Technologie einen hohen Stellenwert genießt, ist die Verkaufszahl der Brennstoffzellen zur stationären Anwendung seit 2009 auf mehr als 200.000 gestiegen. Heizgeräte, die diese saubere und zukunftsweisende Technologie anwenden, sind die Vitovalor PT2 und die Vitovalor PA2. Sie sind ein gemeinsames Produkt von Viessmann und dem japanischen Technikkonzern Panasonic. Der Wasserstoff wird mithilfe eines Katalysators innerhalb eines Gasreformers gewonnen. Ausgangsmaterial ist dabei der emissionsärmste fossile Brennstoff Erdgas.
Klimaschonender Prozess erzeugt Wärme und Strom
In einem elektrochemischen Prozess wird der vom Ausgangsbrennstoff separierte Wasserstoff gespalten und zeitgleich Sauerstoff zugeführt. Dabei kommt es sowohl zur Strom- als auch zur Wärmeproduktion. Eine Verbrennung wie bei konventionellen Brennwertgeräten findet nicht statt. Der elektrochemische Prozess wird auch als kalte Verbrennung bezeichnet. Aus Expertensicht ist CO₂ einer der Hauptgründe für die globale Erwärmung. Wasserstoff hingegen setzt während des Prozesses in der Brennstoffzelle überwiegend Wasser frei und ist dadurch sehr klimaschonend. Seine Verwendung senkt zudem den Verbrauch begrenzt vorhandener fossiler Energieträger.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das älteste und am häufigsten vorkommende Element im Universum. Seine vielen positiven Eigenschaften machen ihn zum idealen Ersatz für fossile Energieträger wie Erdgas und Öl:
- Wasserstoff ist ungiftig und nicht ätzend oder radioaktiv
- Das Element kann weder Wasser verunreinigen noch die Umwelt schädigen
- Im Vergleich zu Erdgas und Heizöl hat Wasserstoff die höchste Energiedichte pro Kilogramm (Wasserstoff 33,3 kWh/kg, Erdgas 13,9 kWh/kg, Heizöl 11,4 kWh/kg)
- Vor allem aber kann Wasserstoff CO₂-neutral erzeugt werden und bei seiner Verbrennung werden praktisch keine Abgase erzeugt
Auf unserer Erde finden wir den vorkommenden Wasserstoff praktisch nur chemisch gebunden, beispielsweise als Wasser. Damit steht der Menschheit eine praktisch unerschöpfliche Quelle zur Verfügung. Denn alle Wasservorkommen auf unserem Planeten zusammengenommen ergeben fast 1,4 Milliarden Kubikkilometer. Aber auch Methan und Erdöl sind wichtige wasserstoffhaltige Verbindungen.
Was versteht man unter grünem, grauem, blauem und türkisem Wasserstoff?
Um reinen Wasserstoff zu erhalten, muss er zunächst aus den chemischen Verbindungen herausgelöst werden. Dazu gibt es hauptsächlich vier Verfahren:
- Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen. Der für dieses Verfahren benötigte Strom stammt ausschließlich aus erneuerbaren Energien wie etwa Wind- und Sonnenenergie. Deshalb ist diese Art der Wasserstoffgewinnung absolut CO₂-frei.
- Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung erzeugt. Dabei ist in der Regel Erdgas der Ausgangsstoff. Bei diesem Verfahren entweicht CO₂ in die Umgebung, was den Treibhauseffekt verstärkt.
- Blauer Wasserstoff wird wie der graue Wasserstoff durch Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. Das dabei entstehende CO₂ gelangt allerdings nicht in die Umwelt, sondern wird gespeichert. Somit kann dieses Verfahren bilanziell als CO₂-neutral angesehen werden.
- Türkiser Wasserstoff entsteht, indem man Methan in einem Hochtemperaturreaktor thermisch aufspaltet. Dabei entsteht Kohlenstoff in fester Form, der anderen Verwendungen zugeführt oder dauerhaft gespeichert werden kann. Damit dieses Verfahren CO₂-neutral ist, muss die Wärmeerzeugung für den Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energien erfolgen.
Repräsentative Studien gehen von sinkenden Kosten für die Wasserstoffgewinnung aus, da die Kosten für Elektrolyse-Anlagen und für regenerativ erzeugten Strom geringer werden. Laut dem internationalen Marktforschungsinstitut BloombergNEF könnte grüner Wasserstoff bis 2050 sogar mit den Kosten für Erdgas konkurrieren.
Der Kreislauf des grünen Wasserstoffs
Der Kreislauf des grünen Wasserstoffs: Um “grünen” Wasserstoff zu erhalten, wird Wasser mittels Elektrolyse aufgespalten. Der dafür benötigte Strom kommt ausschließlich aus erneuerbaren Energien, ist dadurch CO₂-frei und somit auch die Erzeugung des neuen Energieträgers. Auch bei seiner Nutzung zum Beispiel fürs Heizen entsteht kein Kohlendioxid. Neben der dabei frei werdenden Wärme entsteht vor allem Wasserdampf, der über die Abgasleitung an die Umgebung abgegeben wird. Damit schließt sich der Kreislauf aus Erzeugung aus dem Grundstoff Wasser und der Verbrennung des Wasserstoffs, wobei wieder Wasser entsteht.
Wollen Sie mehr über Wasserstoff wissen? Dann besuchen Sie unsere Seite viessmann-climatesolutions.com und informieren Sie sich über das Thema “Wasserstoff als Schlüssel zur Energiewende”.