Wasserstoff: Technik - Projekte - Politik

by Christian Synwoldt, David Novak

Overview

Wasserstoff

Aus der Praxis für die Praxis – umsetzungsorientierter Überblick über Technologie, Anwendungen und Ökonomie des Energieträgers Wasserstoff

Wasserstoff etabliert sich zunehmend als ernstzunehmender Energieträger in Ergänzung bzw. als Alternative zu konventionellen, fossilen Brennstoffen. Dank staatlicher Förderung und privatwirtschaftlicher Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten kann der Anteil von Wasserstoff im europäischen Energiemix mittelfristig auf 10-15% steigen und so einen wichtigen Beitrag leisten zur umweltfreundlichen Elektrizitäts- und Wärmeversorgung sowie zu nachhaltigeren Mobilitätslösungen.

Das Buch der beiden langjährigen Berater und Dozenten, Christian Synwoldt und David Novak, beleuchtet aus Praxissicht Technologie, Anwendungen und politische und ökonomische Aspekte des alternativen Energieträgers Wasserstoff. Die Autoren behandeln dabei im Technologie-Teil die chemischen und physikalischen Eigenschaften, die Herstellung von Wasserstoff im industriellen Maßstab, dessen Transport und Speicherung sowie die Hauptanwendungsfelder Mobilität, Elektrizitätsversorgung und Wärmeversorgung. Im Ökonomie-Teil widmen sich die Autoren den staatlichen und privatwirtschaftlichen Aktivitäten in Deutschland und Europa, die eine Ausweitung des Wasserstoffanteils am Energiemix zum Ziel haben.

Das Buch richtet sich an Studierende und Praktiker der Technik-, Umwelt- und Wirtschaftswissenschaften, Nachhaltigkeitsforscher in Wissenschaft und Praxis, Lehrende sowie Entscheiderinnen und Entscheider in Politik und Wirtschaft.

Product Details

ISBN-13:	9783527836192
Publisher:	Wiley
Publication date:	11/15/2022
Sold by:	JOHN WILEY & SONS
Format:	eBook
Pages:	560
File size:	3 MB
Language:	German

About the Author

Christian Synwoldt leitet die Abteilung Nachhaltige Energieversorgung der Energieagentur Rheinland-Pfalz. Er ist Autor von fünf Sach- und Fachbüchern, Lehrbeauftragter an der DIPLOMA Hochschule FH Nordhessen, Bad Sooden-Allendorf, und an der Universität Koblenz/Landau sowie selbstständiger Berater.

Dr. David Novak (PhD), ist seit mehr als 30 Semestern freier Dozent an verschiedenen Hochschulen in Deutschland und China, maßgeblich tätig an der DIPLOMA Hochschule FH Nordhessen und Leiter des Moduls Nachhaltigkeit und Management integrierter Energieversorgung, Autor zahlreicher weltweit veröffentlichter Peer-Review-Papers, Reviewer beim Welt-Klimarat IPCC sowie selbständiger Berater.

Christian Synwoldt ist selbstständiger Berater und Lehrbeauftragter am Fachbereich Technik der FH Nordhessen, Bad Sooden-Allendorf, sowie am Umweltcampus Birkenfeld.

David Novak ist selbstständiger Berater und Lehrbeauftragter am Fachbereich Technik der FH Nordhessen, Bad Sooden-Allendorf.

Table of Contents

Geleitwort Werner Diwald XI

Geleitwort Folker Hellmeyer XIII

Geleitwort Volker Angres XV

Geleitwort Manfred Weber XVII

Geleitwort Mathis Wackernagel XIX

Abkürzungen XXI

Chemische Formelzeichen XXIII

Physikalische und chemische Größen und Einheiten

Präfixe für Einheiten XXVII

Teil I Technik 1

1 Einleitung 3

1.1 Technische Beschreibung 5

1.2 Chemische und physikalische Eigenschaften 6

1.3 Aktuelle Einsatzfelder und Mengengerüste 8

1.4 Künftige Rolle in einem Energiesystem 10

1.4.1 Energieversorgung 2020 10

1.4.2 Energiedichte und Flächeneffizienz 11

1.4.3 Energieversorgung 20xx 13

1.5 Zukünftiger Bedarf an Wasserstoff 20

Literaturnachweis 22

2 Herstellung 25

2.1 Ausgangsstoffe 25

2.2 Herstellungsverfahren 27

2.2.1 Dampfreformierung und partielle Oxidation 28

2.2.2 Pyrolyse 31

2.2.3 Elektrolyse 33

2.2.4 Thermolyse 39

2.2.5 Photokatalyse und photoelektrochemische Prozesse 44

2.2.6 Biogene Verfahren 46

2.2.7 Weitere Entwicklungen 51

2.3 Nachhaltigkeit 53

2.3.1 Treibhausgasemissionen 55

2.3.2 CO₂ -Abscheidung 62

2.3.3 CO₂ als Rohstoff 67

2.3.4 Wärmequellen 69

2.3.5 Flächenbedarf 70

2.3.6 Farben des Wasserstoffs 72

2.3.7 Lebenszyklusanalyse 80

Literaturnachweis 82

3 Transport und Speicherung 93

3.1 Speicher ≠ Speicher 96

3.2 Speichertechnologien 100

3.2.1 Kompression 103

3.2.2 Kryokühlung, Verflüssigung 108

3.2.3 Sorption (physikalische Bindung) 110

3.2.4 Einbetten in Kohlenwasserstoffe (chemische Bindung) 114

3.2.5 Einbetten in Stickstoffverbindungen 122

3.2.6 Synthetische Kohlenwasserstoffe 126

3.2.7 Weitere Entwicklungen 139

3.3 Transport 141

3.3.1 Gas- und Flüssigkeitsrohrnetze 143

3.3.2 Druckbehälter 145

3.3.3 Kryotank 146

3.3.4 Feste und flüssige Wasserstoffträger 146

3.4 Fazit 147

Literaturnachweis 152

Teil II Projekte – Politik 163

4 Staatliche Aktivitäten und Grundlagen beim Wasserstoff 165

4.1 Staatliche und private Institutionen die beim Thema Wasserstoff aktiv agieren 165

4.1.1 UNO zu Wasserstoff 165

4.1.2 IPCC zu Wasserstoff 167

4.1.3 World Energy Council zu Wasserstoff 168

4.1.4 Hydrogen Council zu ECH2A 170

4.1.5 Internationale Energieagentur IEA zu Wasserstoff 174

4.1.6 InnoEnergy-Team zu Wasserstoff 175

4.1.7 EGHAC 175

4.1.8 Umweltbundesamt (UBA), BMU und BMVI zu Wasserstoff 177

4.1.9 Nationaler Wasserstoffrat, Umweltrat, Nationale Wasserstoffstrategie und Bundesregierung zu Wasserstoff und Wasserstoffimporten 178

4.2 Öffentliche Haltung zu Wasserstoff durch Politik und NGOs auf EUund deutscher Ebene 185

4.3 Randthema CO₂ -Ausgleichsmechanismen: Wie die EU größere Gerechtigkeit bei Klimaschutzmaßnahmen erreichen will 189

4.4 Agenda 21, Lokale Agenda 21 und das Abkommen von Paris 2015 – was bedeutet es tatsächlich für die Staaten und die Umsetzung? 191

4.5 Staatliche Wasserstoffstrategien im In- und Ausland – einzeln, zusammen und gegeneinander 194

4.6 Diese deutschen Bundesländer und Kommunen sind aktuell, auch mit Konzernen, im Wasserstoffbereich aktiv 196

4.7 Diese Staaten sind aktuell im Wasserstoffbereich aktiv, auch gegeneinander 212

4.8 Diese Beiträge zu den Klimazielen erhoffen sich die Staaten 222

4.9 Diese Beiträge zur Energieversorgung durch Wasserstoff insgesamt oder nach Branchen sind kurz- bis mittelfristig realistisch 224

4.10 Wasserstoff-Importe aus dem Ausland – das ehemalige Solarprojekt Desertec und die Notwendigkeit grünen Wasserstoff 225

4.11 Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II (NIP) – Maßnahmen der Forschung, Entwicklung und Innovation – Schwerpunkt Nachhaltige Mobilität 232

4.12 Positive und negative staatliche Beiträge zur weiteren technischen und ökonomischen Entwicklung und logistischen Verbreitung (Leitungsnetze/Pipelines) von Wasserstoff in der EU 233

4.13 Beispielhafte Wasserstoffprojekte inklusive Zulieferindustrie und ihre Ziele 242

4.13.1 Die 13 größten Wasserstoffprojekte weltweit 242

4.13.2 Wasserstoffprojekte in Deutschland 247

4.13.3 Wasserstoffprojekte im europäischen Ausland 253

4.13.4 Wasserstoffprojekte im außereuropäischen Ausland 260

4.14 Fazit 267

Literaturnachweis 273

5 Anwendungsbereich Mobilität 291

5.1 Anwendungsbereiche Verkehr: Nutzung und Erwartungshaltung der Hersteller und Käufer 291

5.1.1 Nutzung Wasserstoff bei Lkw, Bussen und Sonderfahrzeugen aller Art 295

5.1.2 Unterschiedlichste Nutzung Wasserstoff bei Pkw und Kfz-Zulieferern, auch im Verbrennungsmotor 301

5.1.3 Nutzung bei Zügen/Schienenverkehr 306

5.1.4 Nutzung von Wasserstoff bei Schiffen 310

5.1.5 Nutzung bei Flugzeugen 314

5.1.6 Sonstige Kooperationen und Entwicklungsprojekte zwischen Konzernen auf internationaler Ebene 316

5.1.7 Schwächen durch technische Nachteile und hohe direkte Kosten 320

5.2 Leistungsfähigkeit/Projekte der einzelnen Hersteller im Kfz-Bereich, Zukunftsausblick Mobilität für Hersteller und Anwender 320

5.3 Die Brennstoffzelle aus Marktsicht: ihre Hersteller, Kosten und Marktchancen 325

5.4 Wasserstofftankstelleninfrastruktur in der EU und in D für Kfz, Züge und andere Anwender 330

5.5 Eine Betrachtung der E-Fuels 333

5.6 Vermutete oder bekannte volks- und betriebswirtschaftliche Vorteile und Erträge (Problematik lokale und externe Effekte) 335

5.7 Vermutete oder bekannte volks- und betriebswirtschaftliche Nachteile und Kosten (Problematik externe Kosten) 336

5.8 Fazit 338

Literaturnachweis 343

6 Ökonomischer Rahmen rund um Wasserstoff 353

6.1 Entwicklungspfade für Kosten und Preise zur Herstellung und Lieferung/Logistik von Wasserstoff 354

6.2 Einflussfaktoren wie nationale CO₂ -Bepreisung, EEG-Umlage, europäischer Emissionshandel, Rohstoffpreise und weitere Parameter wie Standortfaktoren 361

6.3 Generelle Problematik der externen Effekte bezogen auf den anthropogenen Klimawandel und deren Auswirkungen auf Kosten und damit Preise 362

6.4 Markt für Wasserstoff in Deutschland, der EU und der Welt 364

6.5 Wasserstoff an den Börsen 368

6.5.1 Wasserstoff aus Sicht von Investmentfirmen 369

6.5.2 Wasserstoff aus Sicht der Zulieferindustrie 372

6.6 Evolution und Disruption von Geschäftsmodellen (verschiedener Branchen) durch den Einsatz von Wasserstoff 373

6.7 Herstellung und Vertrieb von Wasserstoff in geografisch ,,abgelegenen“ Staaten 380

6.8 Anwendung von Wasserstoff außerhalb der Mobilität wie Heizungen, Stahl- und Zementindustrie, chemische Industrie, Raffinerien, Energiespeicherung sowie Kombipakete 385

6.9 Fazit 394

Literaturnachweis 398

7 Regulatorischer Rahmen, die Situation aus juristischer Sicht 405

7.1 Fehlanreize und Hemmnisse bei Vorgaben und Normen durch rechtlichen Rahmen 406

7.2 Aktuelle/optimierte rechtliche Rahmenbedingungen für Wasserstoffhersteller, um wirtschaftlich nachhaltig erfolgreich zu sein 408

7.3 Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen auf EU-Ebene, europäischer Rechtsrahmen inklusive RED II 409

7.4 Recht, Gesetze und Verordnungen zum Wasserstoff auf Bundesebene, EnWG und EEG 2017 410

7.5 Richtlinie über die Gewährung von Zuwendungen zur Förderung von Pilotund Demonstrationsvorhaben der Wasserstoffwirtschaft (Wasserstoffrichtlinie) am Beispiel des Bundeslands Niedersachsen, VORIS 28010 (niedersächsisches Vorschrifteninformationssystem) 416

7.6 Rechtliche Rahmenbedingungen für Hersteller und Anwender von wasserstoffbasierten Produkten 418

7.7 Abänderung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Richtung Wasserstoff, Umbau des EEG zu einem einheitlich genutzten europäischen Instrument 421

7.8 Ausweitung der Besonderen Ausgleichsregelung (BesAR) des EEG 425

7.9 Fazit 426

Literaturnachweis 428

8 Politische Handlungsfelder 431

8.1 Hintergrundwissen zum Thema Wasserstoff bei Politik, Umweltorganisationen und Medien 431

8.2 Internationale Denk- und Handlungsansätze bei Wasserstoff 433

8.2.1 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in der Zweiten, Dritten und Vierten Welt 434

8.2.2 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in Russland und China 435

8.2.3 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in den Industrieländern (maßgeblich G7 und EU) 439

8.2.4 Nationale Wasserstoffstrategie (NWS): 38 (staatliche) Maßnahmen zur Begleitung und Unterstützung des Aufbaus einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland 447

8.3 BMVI und BMWi bringen 62 Wasserstoffgroßprojekte auf den Weg 455

8.4 Politisch angestrebte Klimaneutralität in Deutschland 2045/EU bis spätestens 2050 457

8.5 Nationale Strategieansätze u. a. Stiftung H2Global, internationaler Klimaclub und vom BMWi ,,20 konkrete Vorschläge zur Stärkung von Klimaschutz und Wirtschaftskraft“ 460

8.5.1 Wettbewerbsposition von Deutschland im Vergleich zu anderen vergleichbaren Staaten 464

8.5.2 EU-Förderprogramme JIVE, MEHRLIN und Interreg A und ihre Schwerpunkte 467

8.5.3 Hydrogen Roadmap Europe 468

8.5.4 Lösungsansatz: Technologie-Offenheit bei der Verfolgung und Erreichung von Klimaschutzzielen 470

8.6 Beispiele für Forderungen an den Staat bezüglich Wasserstoff 475

8.7 Realistisch beurteilte Situation 2021/2022 als Fragen und Antworten (Q & A) 478

8.8 Fazit 479

Literaturnachweis 483

9 Ergebnis einer selbst durchgeführten kleinen Umfrage im Wasserstoffbereich 489

9.1 Art und Vorgehensweise der Umfrage 489

9.2 Antworten in schriftlicher/verbaler und numerischer Form der befragten Fachleute 490

9.3 Kernaussagen des Wasserstoffunternehmers Jens Asmuth der Firma JAG 503

9.4 Fazit der eigenen empirischen Untersuchung 504

10 Finales Fazit und Ausblick zu den Kapiteln 4 bis 9 (Stand Ende 2021) 507

Stichwortverzeichnis 511

Editorial Reviews

Dieses Buch über Wasserstoff ist ein Lehrwerk und richtet sich an Studierende und die Experten für Technik-, Umwelt sowie zum Ende auch an Wirtschaftswissenschaftler und Nachhaltigkeitsforscher sowie Lehrende in Wirtschaft und Politik. Insofern ist das Buch sehr empfehlenswert und sollte auch obligater bibliothekarischer Bestandteil an Hochschulen und wissenschaftlichen Einrichtungen werden.
Umwelt & Gesundheit (20.12.2022)

Das Buch ist ein willkommener, unverblümt-realistischer Beitrag zur aktuellen Diskussion. Zusammen mit anderen Monographien, die das detailreiche Buch um weitere, wesentliche und nötige Aspekte ergänzen, bildet es eine gute Diskussionsgrundlage.
Bunsen-Magazin (29.12.2022)


Wasserstoff ist nicht nur das häufigste Element im Universum, es etabliert sich zunehmend als zukunftsweisender Energieträger. Spätestens durch die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung ist das Thema der breiten Öffentlichkeit ein Begriff. Einen umsetzungsorientierten Überblick über Technologie, Anwendungen und Ökonomie des alternativen Energieträgers liefert das Buch von Christian Synwoldt und David Novak. Beide Autoren sind langjährige Berater im Energiebereich und erfahrene Hochschuldozenten. Ihr Buch bringt technologische, wirtschaftliche und politische Aspekte zusammen. Der Technologie-Teil behandelt die chemischen und physikalischen Eigenschaften, die Herstellung von Wasserstoff im industriellen Maßstab, dessen Transport und Speicherung sowie die Hauptanwendungsfelder Mobilität, Elektrizitätsversorgung und Wärmeversorgung. Der Ökonomie-Teil widmet sich den staatlichen und privatwirtschaftlichen Aktivitäten in Deutschland und Europa, die eine Ausweitung des Wasserstoffanteils am Energiemix zum Ziel haben. Das Buch eignet sich ebenso im Studium der Technik-, Umwelt- und Wirtschaftswissenschaften wie auch in der Nachhaltigkeitssforschung in Wissenschaft und Praxis, der Lehre sowie für Interessierte in Politik und Wirschaft.
VDI Fachmedien, konstruktion-online.de (04/2023)

Wasserstoff ist nicht nur das häufigste Element im Universum, es etabliert sich zunehmend als zukunftsweisender Energieträger. Spätestens durch die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung ist das Thema der breiten Öffentlichkeit ein Begriff. Mit zwei wesentlichen Anwendungsfeldern—als Sekundärenergieträger und als Grundstoff für industrielle Prozesse—spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung, also dem Vermeiden von Treibhausgasemissionen in allen Bereichen der Wirtschaft und Gesellschaft. Mittelfristig kann der Anteil von Wasserstoff im europäischen Energiemix auf 105 Prozent steigen. Einen umsetzungsorientierten Überblick über Technologie, Anwendungen und Ökonomie des alternativen Energieträgers liefert das neue Buch von Christian Synwoldt und David Novak. Beide Autoren sind langjährige Berater im Energiebereich und erfahrene Hochschuldozenten. Ihr Buch bringt technologische, wirtschaftliche und politische Aspekte zusammen.
Zeitschrift der IHK Braunschweig, Wirtschaft (3/203)


Wasserstoff ist nicht nur das häufigste Element im Universum, es etabliert sich zunehmend als zukunftsweisender Energieträger. Spätestens durch die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung ist das Thema der breiten Öffentlichkeit ein Begriff. Mit zwei wesentlichen Anwendungsfeldern—als Sekundärenergieträger und als Grundstoff für industrielle Prozesse—spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung in allen Bereichen der Wirtschaft und Gesellschaft. Das Buch liefert einen umsetzungsorientierten Überblick über Technologie, Anwendung und Ökonomie des alternativen Energieträgers. Die Autoren bringen technologische, wirtschaftliche und politische Aspekte zusammen. Das eignet sich ebenso im Studium der Technik-, Umwelt- und Wirtschaftswissenschaften wie auch in der Nachhaltigkeitsforschung in Wissenschaft und Praxis, der Lehre sowie für Interessiert in Politik und Wirtschaft.
Ausgabe 9/10, 2023 eBWK.de der BWKEnergie

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