Wasserstoff

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.

• Geleitwort Werner Diwald XIGeleitwort Folker Hellmeyer XIIIGeleitwort Volker Angres XVGeleitwort Manfred Weber XVIIGeleitwort Mathis Wackernagel XIXAbkürzungen XXIChemische Formelzeichen XXIIIPhysikalische und chemische Größen und EinheitenPräfixe für Einheiten XXVIITeil I Technik 11 Einleitung 31.1 Technische Beschreibung 51.2 Chemische und physikalische Eigenschaften 61.3 Aktuelle Einsatzfelder und Mengengerüste 81.4 Künftige Rolle in einem Energiesystem 101.4.1 Energieversorgung 2020 101.4.2 Energiedichte und Flächeneffizienz 111.4.3 Energieversorgung 20xx 131.5 Zukünftiger Bedarf an Wasserstoff 20Literaturnachweis 222 Herstellung 252.1 Ausgangsstoffe 252.2 Herstellungsverfahren 272.2.1 Dampfreformierung und partielle Oxidation 282.2.2 Pyrolyse 312.2.3 Elektrolyse 332.2.4 Thermolyse 392.2.5 Photokatalyse und photoelektrochemische Prozesse 442.2.6 Biogene Verfahren 462.2.7 Weitere Entwicklungen 512.3 Nachhaltigkeit 532.3.1 Treibhausgasemissionen 552.3.2 CO2 -Abscheidung 622.3.3 CO2 als Rohstoff 672.3.4 Wärmequellen 692.3.5 Flächenbedarf 702.3.6 Farben des Wasserstoffs 722.3.7 Lebenszyklusanalyse 80Literaturnachweis 823 Transport und Speicherung 933.1 Speicher ≠ Speicher 963.2 Speichertechnologien 1003.2.1 Kompression 1033.2.2 Kryokühlung, Verflüssigung 1083.2.3 Sorption (physikalische Bindung) 1103.2.4 Einbetten in Kohlenwasserstoffe (chemische Bindung) 1143.2.5 Einbetten in Stickstoffverbindungen 1223.2.6 Synthetische Kohlenwasserstoffe 1263.2.7 Weitere Entwicklungen 1393.3 Transport 1413.3.1 Gas- und Flüssigkeitsrohrnetze 1433.3.2 Druckbehälter 1453.3.3 Kryotank 1463.3.4 Feste und flüssige Wasserstoffträger 1463.4 Fazit 147Literaturnachweis 152Teil II Projekte – Politik 1634 Staatliche Aktivitäten und Grundlagen beim Wasserstoff 1654.1 Staatliche und private Institutionen die beim Thema Wasserstoff aktiv agieren 1654.1.1 UNO zu Wasserstoff 1654.1.2 IPCC zu Wasserstoff 1674.1.3 World Energy Council zu Wasserstoff 1684.1.4 Hydrogen Council zu ECH2A 1704.1.5 Internationale Energieagentur IEA zu Wasserstoff 1744.1.6 InnoEnergy-Team zu Wasserstoff 1754.1.7 EGHAC 1754.1.8 Umweltbundesamt (UBA), BMU und BMVI zu Wasserstoff 1774.1.9 Nationaler Wasserstoffrat, Umweltrat, Nationale Wasserstoffstrategie und Bundesregierung zu Wasserstoff und Wasserstoffimporten 1784.2 Öffentliche Haltung zu Wasserstoff durch Politik und NGOs auf EUund deutscher Ebene 1854.3 Randthema CO2 -Ausgleichsmechanismen: Wie die EU größere Gerechtigkeit bei Klimaschutzmaßnahmen erreichen will 1894.4 Agenda 21, Lokale Agenda 21 und das Abkommen von Paris 2015 – was bedeutet es tatsächlich für die Staaten und die Umsetzung? 1914.5 Staatliche Wasserstoffstrategien im In- und Ausland – einzeln, zusammen und gegeneinander 1944.6 Diese deutschen Bundesländer und Kommunen sind aktuell, auch mit Konzernen, im Wasserstoffbereich aktiv 1964.7 Diese Staaten sind aktuell im Wasserstoffbereich aktiv, auch gegeneinander 2124.8 Diese Beiträge zu den Klimazielen erhoffen sich die Staaten 2224.9 Diese Beiträge zur Energieversorgung durch Wasserstoff insgesamt oder nach Branchen sind kurz- bis mittelfristig realistisch 2244.10 Wasserstoff-Importe aus dem Ausland – das ehemalige Solarprojekt Desertec und die Notwendigkeit grünen Wasserstoff 2254.11 Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II (NIP) – Maßnahmen der Forschung, Entwicklung und Innovation – Schwerpunkt Nachhaltige Mobilität 2324.12 Positive und negative staatliche Beiträge zur weiteren technischen und ökonomischen Entwicklung und logistischen Verbreitung (Leitungsnetze/Pipelines) von Wasserstoff in der EU 2334.13 Beispielhafte Wasserstoffprojekte inklusive Zulieferindustrie und ihre Ziele 2424.13.1 Die 13 größten Wasserstoffprojekte weltweit 2424.13.2 Wasserstoffprojekte in Deutschland 2474.13.3 Wasserstoffprojekte im europäischen Ausland 2534.13.4 Wasserstoffprojekte im außereuropäischen Ausland 2604.14 Fazit 267Literaturnachweis 2735 Anwendungsbereich Mobilität 2915.1 Anwendungsbereiche Verkehr: Nutzung und Erwartungshaltung der Hersteller und Käufer 2915.1.1 Nutzung Wasserstoff bei Lkw, Bussen und Sonderfahrzeugen aller Art 2955.1.2 Unterschiedlichste Nutzung Wasserstoff bei Pkw und Kfz-Zulieferern, auch im Verbrennungsmotor 3015.1.3 Nutzung bei Zügen/Schienenverkehr 3065.1.4 Nutzung von Wasserstoff bei Schiffen 3105.1.5 Nutzung bei Flugzeugen 3145.1.6 Sonstige Kooperationen und Entwicklungsprojekte zwischen Konzernen auf internationaler Ebene 3165.1.7 Schwächen durch technische Nachteile und hohe direkte Kosten 3205.2 Leistungsfähigkeit/Projekte der einzelnen Hersteller im Kfz-Bereich, Zukunftsausblick Mobilität für Hersteller und Anwender 3205.3 Die Brennstoffzelle aus Marktsicht: ihre Hersteller, Kosten und Marktchancen 3255.4 Wasserstofftankstelleninfrastruktur in der EU und in D für Kfz, Züge und andere Anwender 3305.5 Eine Betrachtung der E-Fuels 3335.6 Vermutete oder bekannte volks- und betriebswirtschaftliche Vorteile und Erträge (Problematik lokale und externe Effekte) 3355.7 Vermutete oder bekannte volks- und betriebswirtschaftliche Nachteile und Kosten (Problematik externe Kosten) 3365.8 Fazit 338Literaturnachweis 3436 Ökonomischer Rahmen rund um Wasserstoff 3536.1 Entwicklungspfade für Kosten und Preise zur Herstellung und Lieferung/Logistik von Wasserstoff 3546.2 Einflussfaktoren wie nationale CO2 -Bepreisung, EEG-Umlage, europäischer Emissionshandel, Rohstoffpreise und weitere Parameter wie Standortfaktoren 3616.3 Generelle Problematik der externen Effekte bezogen auf den anthropogenen Klimawandel und deren Auswirkungen auf Kosten und damit Preise 3626.4 Markt für Wasserstoff in Deutschland, der EU und der Welt 3646.5 Wasserstoff an den Börsen 3686.5.1 Wasserstoff aus Sicht von Investmentfirmen 3696.5.2 Wasserstoff aus Sicht der Zulieferindustrie 3726.6 Evolution und Disruption von Geschäftsmodellen (verschiedener Branchen) durch den Einsatz von Wasserstoff 3736.7 Herstellung und Vertrieb von Wasserstoff in geografisch ,,abgelegenen“ Staaten 3806.8 Anwendung von Wasserstoff außerhalb der Mobilität wie Heizungen, Stahl- und Zementindustrie, chemische Industrie, Raffinerien, Energiespeicherung sowie Kombipakete 3856.9 Fazit 394Literaturnachweis 3987 Regulatorischer Rahmen, die Situation aus juristischer Sicht 4057.1 Fehlanreize und Hemmnisse bei Vorgaben und Normen durch rechtlichen Rahmen 4067.2 Aktuelle/optimierte rechtliche Rahmenbedingungen für Wasserstoffhersteller, um wirtschaftlich nachhaltig erfolgreich zu sein 4087.3 Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen auf EU-Ebene, europäischer Rechtsrahmen inklusive RED II 4097.4 Recht, Gesetze und Verordnungen zum Wasserstoff auf Bundesebene, EnWG und EEG 2017 4107.5 Richtlinie über die Gewährung von Zuwendungen zur Förderung von Pilotund Demonstrationsvorhaben der Wasserstoffwirtschaft (Wasserstoffrichtlinie) am Beispiel des Bundeslands Niedersachsen, VORIS 28010 (niedersächsisches Vorschrifteninformationssystem) 4167.6 Rechtliche Rahmenbedingungen für Hersteller und Anwender von wasserstoffbasierten Produkten 4187.7 Abänderung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Richtung Wasserstoff, Umbau des EEG zu einem einheitlich genutzten europäischen Instrument 4217.8 Ausweitung der Besonderen Ausgleichsregelung (BesAR) des EEG 4257.9 Fazit 426Literaturnachweis 4288 Politische Handlungsfelder 4318.1 Hintergrundwissen zum Thema Wasserstoff bei Politik, Umweltorganisationen und Medien 4318.2 Internationale Denk- und Handlungsansätze bei Wasserstoff 4338.2.1 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in der Zweiten, Dritten und Vierten Welt 4348.2.2 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in Russland und China 4358.2.3 Umsetzung von Wasserstoffdenken und -handeln in den Industrieländern (maßgeblich G7 und EU) 4398.2.4 Nationale Wasserstoffstrategie (NWS): 38 (staatliche) Maßnahmen zur Begleitung und Unterstützung des Aufbaus einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland 4478.3 BMVI und BMWi bringen 62 Wasserstoffgroßprojekte auf den Weg 4558.4 Politisch angestrebte Klimaneutralität in Deutschland 2045/EU bis spätestens 2050 4578.5 Nationale Strategieansätze u. a. Stiftung H2Global, internationaler Klimaclub und vom BMWi ,,20 konkrete Vorschläge zur Stärkung von Klimaschutz und Wirtschaftskraft“ 4608.5.1 Wettbewerbsposition von Deutschland im Vergleich zu anderen vergleichbaren Staaten 4648.5.2 EU-Förderprogramme JIVE, MEHRLIN und Interreg A und ihre Schwerpunkte 4678.5.3 Hydrogen Roadmap Europe 4688.5.4 Lösungsansatz: Technologie-Offenheit bei der Verfolgung und Erreichung von Klimaschutzzielen 4708.6 Beispiele für Forderungen an den Staat bezüglich Wasserstoff 4758.7 Realistisch beurteilte Situation 2021/2022 als Fragen und Antworten (Q & A) 4788.8 Fazit 479Literaturnachweis 4839 Ergebnis einer selbst durchgeführten kleinen Umfrage im Wasserstoffbereich 4899.1 Art und Vorgehensweise der Umfrage 4899.2 Antworten in schriftlicher/verbaler und numerischer Form der befragten Fachleute 4909.3 Kernaussagen des Wasserstoffunternehmers Jens Asmuth der Firma JAG 5039.4 Fazit der eigenen empirischen Untersuchung 50410 Finales Fazit und Ausblick zu den Kapiteln 4 bis 9 (Stand Ende 2021) 507Stichwortverzeichnis 511

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 10?15 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