Grosse Hoffnung für die Zukunft? Wasserstoff und Methanhydrat

Um die Klimaziele 2050 zu erreichen und einer Energieverknappung auszuweichen sind nebst den Zielen der Energieeffizienz und der Elektrifizierung neue Technologien und Energiequellen gefragt. Dabei sind auch zwei Hoffnungsträger im Gespräch, die jedoch nicht zwingend nachhaltig sind: Einerseits Wasserstoff als Energieträger und andererseits das auf dem Meeresgrund lagernde Methanhydrat als neue Quelle.

Grün, blau, grau oder türkis

Wasserstoff kann im Zusammenspiel mit verschiedenen Technologien einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten: als Treibstoff für Fahrzeuge, in der chemischen Industrie oder als Langzeit-Energiespeicher. Erzeugt wird Wasserstoff zurzeit hauptsächlich durch die Umwandlung von Erdgas. Auch andere Rohstoffe wie Biomasse oder Methanol sind für diesen Produktionsweg geeignet. Immer etablierter ist zudem die nachhaltige Gewinnung. Unter Einsatz von Strom wird Wasser (H2O) in seine beiden Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Elektrische Energie wird bei diesem als Elektrolyse bekannten Prozess in chemische umgewandelt und im Wasserstoff gespeichert.
Wasserstoff an sich ist nicht zwingend nachhaltig. Voraussetzung, damit aus Strom gewonnener Wasserstoff langfristig zum Klimaschutz beiträgt, ist dessen elektrolytische Gewinnung:
Grüner Wasserstoff: Die Herstellung erfolgt durch die Elektrolyse von Wasser. Der Strom für die Produktion stammt dabei aus erneuerbaren Energiequellen.
Blauer und türkiser Wasserstoff: Dieser Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen. Das anfallende CO2 wird abgetrennt und als gasförmiger oder fester Kohlenstoff gespeichert. Er gelangt daher nicht in die Atmosphäre.
Grauer Wasserstoff: Der Strom für die Produktion stammt aus fossilen Energieträgern und es entstehen Treibhausgasemissionen. Dieser Wasserstoff ist daher nicht klimafreundlich.

In Fahrzeugen wird Wasserstoff als gasförmiger Treibstoff verwendet. In Brennstoffzellen - welche ähnlich wie Batterien chemische in elektrische Energie umwandeln -, reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff. Durch diesen Prozess wird die zuvor gespeicherte Energie in Form von Strom zurückgegeben, welcher dann einen Elektromotor antreibt. Ein Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt daher keine schädlichen Emissionen und stösst als «Abgas» lediglich etwas Wasserdampf aus.
Brennstoffzellen sind ein sehr effizienter Antrieb, da ihr Wirkungsgrad bei über 60 % liegt, während beispielsweise ein Benzinmotor lediglich um die 30 % erreicht.

Lösung oder Zeitbombe?

Der weltweite Energiebedarf wird zu fast 90 % mit Kohlenwasserstoffen wie Öl, Gas und Kohle gedeckt. Angesichts der immer knapper werdenden Ressourcen – Schätzungen gehen davon aus, dass die Lagerstätten von Gas und Kohle in etwa zweihundert und die von Öl in bereits fünfzig Jahren erschöpft sind – wird bereits seit einiger Zeit nach neuen Energiequellen geforscht. Insbesondere Methanhydrat wird dabei genauer unter die Lupe genommen.

Methanhydrat
In den Ozeanen wird gelöstes Kohlenstoffdioxid von Bakterien zu Methan umgewandelt. Unter extremen Druckverhältnissen und bei bestimmten Temperaturbedingungen kann aus Methan-übersättigtem Wasser Methanhydrat entstehen. Die weltweiten Vorräte in unseren Meeren werden als riesig eingeschätzt, verlässliche Angaben gibt es bisher jedoch kaum.

Aufgrund der grossen Vorräte und dem hohen Energiegehalt wird Methanhydrat als potenzielle neue Energiequelle angesehen. Jedoch herrscht diesbezüglich viel Zurückhaltung. Sein Abbau ist schwierig und unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit zudem problematisch. Methanhydrate geben bei ihrer Zersetzung das klimaschädliche Methan frei. Ein Molekül erzeugt einen nahezu 30-mal stärkeren Treibhauseffekt als CO2 und bleibt in der Atmosphäre rund 10 Jahre stabil. Beim Abbau von grossen Mengen Methanhydrat könnte es zu Rutschungen von Erdmassen auf unseren Ozeanböden kommen. Immense Flutwellen und die Freisetzung des gelagerten Methans wären eine Folge davon.
Bei der thermischen Energiegewinnung aus Methangas würde - zwar weniger als aus anderen fossilen Rohstoffen - weiterhin CO2 freigesetzt.
Trotzdem wurde 2017 in China erstmals Methanhydrat abgebaut. Auch Japan unterhält ein Forschungsprogramm zur Untersuchung der Möglichkeiten einer Energiegewinnung.

Wo bleibt die Zauberformel?

Der Abbau von Methanhydraten wäre mit hohen Umweltrisiken und Kosten verbunden und bietet keinen zweckführenden Ausweg aus der Energieknappheit. Dem Klimawandel würde er kaum entgegenwirken. Auch Wasserstoff ist eine teure Option für den Klimaschutz, kann aber nachhaltig produziert eine sinnvolle Ergänzung sein. Aber gibt es denn keine bessere Lösung?

Eine Zauberformel, welche einen Ausweg aus der Klimakrise zeigt, gibt es nicht – oder jedenfalls keine die sich ausschliesslich auf eine einzige Energiequelle stützt. Dementsprechend müssen auch die Lösungsansätze auf Vielseitigkeit ausgerichtet sein. Die Fachwelt unterscheidet zwischen drei einander ergänzenden Nachhaltigkeitsstrategien:
Effizienz: Sie zielt darauf ab, Ressourcen ergiebig zu nutzen und die grösste Ausbeute daraus zu holen.
Konsistenz: Sie hat naturverträgliche Technologien zum Ziel, welche das Ökosystem nutzen, ohne es zu zerstören.
Suffizienz: Sie zielt auf einen geringeren Ressourcenverbrauch durch eine Verringerung der Nachfrage und des Konsums.

Ein Zusammenspiel dieser drei Strategien kann zu einer Verbesserung unserer Lage beitragen. Mit ihrer Umsetzung tun sich Politik, Wirtschaft und Gesellschaft jedoch leidlich schwer.

Quellen und weitere Informationen:
Öko-Institut: Nachhaltiger Wasserstoff: die vierte Säule der Energiewende
Fvs: Methoden der Wasserstofferzeugung
Uni Leipzig: Methanhydrat
Relaio: Suffizienz, Konsistenz und Effizienz – drei Wege zu mehr Nachhaltigkeit