Die ersten Elemente sich anzueignen, ist in allen Wissenschaften unangenehm, aber ohne sie kann man nicht das Ganze übersehen, welches das Einzelne interessant macht.

Scharnhorst

Für alle, die sich für den Bereich der Energiewende interessieren oder gar dort einbringen möchten

Vorwort

Die Bundesregierung hat die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Sie soil Grünen Wasserstoff marktfähig machen und seine industrielle Produktion, Transportfähigkeit und Nutzbarkeit ermöglichen. Dazu hat sie 15 Fragen formuliert und auch die Antworten dazu gegeben. Wenn Sie sich also der Thematik »Grüner Wasserstoff« nähern wollen, sind Sie hier genau richtig aufgehoben.

Am 19. Juni 2020 hat Frau Bundesforschungsministerin Anja Karliczek Herrn Dr. Stefan Kaufmann MdB als Innovationsbeauftragter »Grüner Wasserstoff« ernannt. Technologien rund um den Grünen Wasserstoff sind von höchster Bedeutung für die Zukunftsfähigkeit des Industriestandortes Deutschland. Deshalb sollen Klima-, Energie-, Industrie-und Innovationspolitik verzahnt werden, um langfristig die Weltmarktführerschaft bei Wasserstofftechnologien zu erlangen und zu sichern. Ziel ist es, Deutschland international zu einem Vorreiter bei grünem Wasserstoff zu machen. Deutsche Forschung und Unternehmen gehören zur Weltspitze bei Wasserstofftechnologien und der Aufbau von komplexen Industrieanlagen ist eine Kernkompetenz des Anlagenbaus. Die einmalige Chance, mit unserem Know-How zum Ausstatter einer globalen Energiewende zu werden, gilt es zu nutzten.

Zu erwähnen sind außerdem das Forschungsnetzwerk Wasserstoff sowie der Nationale Wasserstoffrat, dessen Einrichtung mit dem Beschluss der Nationalen Wasserstoffstrategie am 10. Juni 2020 von der Bundesregierung beschlossen wurde. Wenn es um Forschung im Bereich Grüner Umweltschutz geht, auch um den Grünen Wasserstoff, sind die Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., München, das Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf, das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik, Kassel (Fraunhofer IEE), das Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Stuttgart (Fraunhofer IBP), das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg (Fraunhofer ISE), das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V., Würzburg (ZAE Bayern) und der ForschungsVerbund Erneuerbare Energien, Berlin (FVEE) zu nennen.

Gender-Hinweis

In dieser Arbeit wurde zur besseren Lesbarkeit und Optik sowie aus Platzgründen lediglich die männliche Form eines Begriffs (Bewohner, Mieter, …) verwendet. Selbstverständlich bezieht sich der jeweilige Begriff auf weibliche und männliche Personen.

Ihr

Ewald Eckert

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort

• Abbildungsverzeichnis

• Abkürzungsverzeichnis

• 1. Einführung

• 2. Wasserstoff – Grüner Wasserstoff
  • 2.1 Frage 1
  • 2.2 Frage 2
  • 2.3 Frage 3
  • 2.4 Frage 4
  • 2.5 Frage 5
  • 2.6 Frage 6
  • 2.7 Frage 7
  • 2.8 Frage 8
  • 2.9 Frage 9
  • 2.10 Frage 10
  • 2.11 Frage 11
  • 2.12 Frage 12
  • 2.13 Frage 13
  • 2.14 Frage 14
  • 2.15 Frage 15

• 3. Grundlagenwissen Atome
  • 3.1 Wasserstoff
  • 3.2 Atom
    • 3.2.1 Ionen
    • 3.2.2 Isotope
    • 3.2.3 Atommasse
    • 3.2.4 Atomhülle
      • 3.2.4.1 Schalenmodell
  • 3.3 Alkalische Wasserelektrolyse
  • 3.4 Wechselstrom
    • 3.4.1 Was ist Wechselstrom?
    • 3.4.2 Wie funktioniert Wechselstrom?
  • 3.5 Unterschied Gleichstrom – Wechselstrom
    • 3.5.1 Erzeugung von Wechselstrom
    • 3.5.2 Erzeugung von Gleichstrom
    • 3.5.3 Von Wechselstrom auf Gleichstrom umschalten
      • 3.5.3.1 Wechselstrom zu Gleichstrom umschalten
      • 3.5.3.2 Gleichstrom zu Wechselstrom umschalten
    • 3.5.4 Wechselstrom Erfinder und Geschichte

• 4. Herstellung Grüner Wasserstoff
  • 4.1 Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse
    • 4.1.1 Alkalische Wasserelektrolyse
    • 4.1.2 PEM-Wasserelektrolyse
    • 4.1.3 Hochtemperatur-Dampfelektrolyse
  • 4.2 Brennstoffzellenantrieb
    • 4.2.1 Funktionsweise Brennstoffzellenantrieb
    • 4.2.2 Technik der Brennstoffzelle
    • 4.2.3 Reaktion Brennstoffzelle
    • 4.2.4 Funktion Brennstoffzellenauto

• Glossar

• 5. Anhang
  • 5.1 Weitere Literaturhinweise
  • 5.2 (Pilot-)Projekt-Partner von CertifHY
  • 5.3 Sonstige Abbildungen

• Literatur

Abbildungsverzeichnis

• 1.1 Grüner Wasserstoff – Klimaneutralität
• 2.1 Der Weg des Wasserstoffs
• 2.2 Energiemenge Wasserstoff
• 3.1 Schalenmodell
• 3.2 Einteilung der Atome
• 3.3 Richtungswechsel der Spannung
• 4.1 Hofmannsche Zersetzungsapparat
• 4.2 Wasserelektrolyse und Brennstoffzellenreaktion
• 4.3 Brennstoffzellen-Kfz
• 4.4 Funktionsweise Brennstoffzelle
• 4.5 Funktionelle Einheiten Brennstoffzellenauto
• 4.6 Brennstoffzellenauto mit Lufteinlässen
• 5.1 Schaltzeichen Diode
• 5.2 Kavernenspeicher Bad Lauchstädt
• 5.3 PEM-Brennstoffzelle
• 5.4 Funktionsprinzipien einer PEM-Brennstoffzelle
• 5.5 Monolithische Tandemsolarzelle
• 5.6 Periodensystem der Elemente
• 5.7 Wasserstoff in der Stadt
• 5.8 Photovoltaik – kW_P
• 5.9 LED Durchlass- und Sperrrichtung
• 5.10 Break-even-Diagramm

Abkürzungsverzeichnis

1 Einführung

Darum geht’s: Grüner Wasserstoff soll zum Beispiel energieintensiven Branchen wie der Stahl- oder Chemieindustrie zur Klimaneutralität verhelfen: Er kann so nicht nur die Wirtschaft revolutionieren, sondern auch die Energiewende voranbringen.

Abb. 1.1: Grüner Wasserstoff ein Baustein zur Klimaneutralität – [1]

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselelement der Energiewende. Kommt der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne, sogenannten grünen Energien, darf sich der Wasserstoff mit dem Zusatz »grün« schmücken. Wird er auf diesem Weg gewonnen, ist Wasserstoff CO₂