Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Ist Wasserstoff der Hoffnungsträger einer erneuerbaren Energieversorgung der Zukunft? Wenn man die Eigenschaften und vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff als Grundlage nimmt, so ist
die Frage mit einem klaren Ja zu beantworten.
Wasserstoff ist wie die Elektrizität keine Energiequelle, sondern ein sekundärer Energieträger. Sowohl Wasserstoff als auch elektrische Energie können durch verschiedene Energiequellen sowie Technologien erzeugt werden und beide Energieträger sind vielseitig anwendbar.
Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Energieträgern ist, dass Wasserstoff ein chemischer Energieträger ist, der aus Molekülen besteht und nicht nur aus Elektronen wie die elektrische Energie. Dieser Unterschied begründet auch den Vorteil von Wasserstoff (in einigen Bereichen) gegenüber der Elektrizität. Chemische Energie ist lange und stabil speicherbar sowie gut transportierbar. Die H2-Moleküle können zudem zur Erzeugung hoher Temperaturen verbrannt werden und sind problemlos einsetzbar für verschiedenste Anwendungen.
Eine dekarbonisierte Energieversorgung, nur auf der Basis von Strom, wäre ein sehr anfälliges flussbasiertes Energiesystem. Produktion und Verbrauch müssten dabei in Echtzeit und auch über grosse Distanzen abgleichbar sein. Eine auf verschiedenen Energieträgern aufgebaute Energieversorgung ist zuverlässiger und sicherer.
Wasserstoff wird als Schlüsselelement eines zukünftig klimaneutralen Energiesystems betrachtet. Denn Wasserstoff besitzt die Fähigkeit, die Integration der erneuerbaren Energien zu erleichtern. Ebenso bietet Wasserstoff die Möglichkeit zur Dekarbonisierung von Sektoren (Verkehr, Gebäude, Industrie), die ansonsten schwer zu transformieren sind.
Wasserstoff ...
Vorkommen
Auf der Erde liegt Wasserstoff – im Gegensatz zu den Vorkommen im All – überwiegend gebunden v or. Von keinem anderen Element sind so viele Verbindungen bekannt. Der grösste Anteil irdischen Wasserstoffs kommt in der Verbindung Wasser vor. In dieser Form bedeckt er zwei Drittel der Erdoberfläche. Die prozentuale Häufigkeit von molekularem gasförmigem Wasserstoff H2 in der Luft beträgt nur 0,55 ppm.
Geschichte
Der Wasserstoff wurde im Jahr 1766 vom englischen Privatgelehrten Henry Cavendish entdeckt, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im
Gemisch kleine Gasbläschen. Diese konnte er nicht als eines der bekannten Gase identifizieren. Unabhängig von Cavendish entdeckte der französische Chemiker Antoine Lavoisier 1787 das Gas, als er in einem Experiment zeigen wollte, dass bei chemischen Reaktionen keine Masse verloren geht oder erzeugt wird. Lavoisier untersuchte das entstandene Gas weiter und führte die heute als Knallgasprobe bekannte Untersuchung durch, wobei das Gas verbrannte. Als er in weiteren Experimenten zeigte, dass sich aus dem Gas auch umgekehrt Wasser erzeugen lässt, taufte er es «hydro-gène» (hydro = Wasser griechisch; genes = erzeugend). Das Wort bedeutet demnach «Wasserbildner».
Stadtgas
Das Jahr 1843 steht für den Start der schweizerischen Gasversorgung, damals mit Stadtgas, das überwiegend aus Kohle gewonnen wurde. Der universell einsetzbare Sekundärenergieträger Stadtgas brachte vor allem mehr Komfort und Sicherheit in die Haushalte. Die Hauptinhaltsstoffe von Stadtgas waren Wasserstoff (50%), Methan (25%) und Stickstoff (15%). Die Verteilung erfolgte ausschliesslich über Inselnetze.
Aussehen
Bei Umgebungsbedingungen liegt Wasserstoff als farb- und geruchloses Gas vor.
Spezifische Dichte
0,0899 kg/m3
Wasserstoff besitzt unter allen Stoffen das kleinste Molekulargewicht. H2 ist das leichteste aller Gase, ca. vierzehnmal leichter als Luft.
Löslichkeit
Die Löslichkeit von Wasserstoff in Wasser ist mit ca. 1,6 mg/l gering. Viele Metalle besitzen jedoch ein ausserordentlich grosses Lösungsvermögen für Wasserstoff. Schwammförmiges Palladiummetall kann das 850fache seines eigenen Volumens an Wasserstoff aufnehmen.
Diffusionsvermögen
Als leichtestes Gas diffundiert Wasserstoff am schnellsten – auch durch poröses Material – und verteilt sich in ein anderes Medium hinein. Selbst durch Metalle wie Eisen, Platin oder Palladium.
Wärmeleitvermögen
0,1815 W/(m · K)
Das Wärmeleitvermögen des Wasserstoffs ist verhältnismässig hoch und etwa siebenmal so gross wie das der Luft.
Entzündbarkeit
Selbstentzündungstemperatur: 560°C
Brennbarkeit
Wasserstoff ist brennbar und bildet mit Sauerstoff ein explosives Gasgemisch. Entzündet man Wasserstoff an der Luft, so verbrennt er mit fahler, bläulicher, heisser Flamme zu Wasser.
Heizwert Brennwert
119,972 MJ/kg 141,800 MJ/kg
10,782 MJ/m3 12,745 MJ/m3
2,995 kWh/m3 3,540 kWh/m3
«AQUA & GAS» gibt es auch als E-Paper. Abonnenten, SVGW- und/oder VSA-Mitglieder haben Zugang zu allen Ausgaben von A&G.
Den «Wasserspiegel» gibt es auch als E-Paper. Im SVGW-Shop sind sämtliche bisher erschienenen Ausgaben frei zugänglich.
Kommentare (0)