80% Wirkungsgrad: Wasserstoff

Der Wirkungsgrad eines auf der Erzeugung von Wind- und Solarstrom sowie dessen teilweiser Speicherung in Wasserstoff beruhenden Energiesystem ist überraschend hoch: fast 80%!

Dies zeigt zunächst folgendes grobes Energieflußdiagramm:

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Nur 210 TWh von 1200 TWh Erzeugung bzw. 1.300 TWh Verbrauch (weil Wärmepumpen 100 TWh dazugewinnen) gehen im Hauptenergiesystem verloren.

Detaillierter und auch alle wesentlichen Verluste umfassend (auch diejenigen bei den Verbrauchern) zeigt dies folgendes Energieflussbild, welches auch rechts im Menü als PDF enthalten ist:

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Die Verluste steigen trotz Einbeziehung der Wandlungsverluste bei den Energieabnehmern nur auf 300 TWh. Bezogen auf 1.300 TWh Energieverbrauch entspricht dies 78% Wirkungsgrad.

Unser heutiges auf Verbrennung beruhendes Energiesystem hat dagegen etwa 78% Verluste. Allein durch den Übergang auf Windkraft und Solarstrom vervielfacht sich die Energieeffizienz des gesamten Systems. Aus 78% Verlusten werden 78% Effizienz.

Wie wird ein so hoher Wirkungsgrad möglich?

1. Ein grosser Teil des erzeugten Gleichstromes wird in Wechselstrom gewandelt und direkt für den Strombedarf genutzt, wobei wenig Verluste anfallen.

2. Anfallende Energiespitzen von etwa 55 TWh werden direkt in Nähe der Windkraftanlagen zu Heizzwecken genutzt. Auch dabei fallen wenig Verluste an. Grössere Orte heizen mit Wärmepumpen deren Strom in windstillen dunklen Zeiten mit Hilfe von Wasserstoff aus dem Gasnetz erzeugt wird, so dass gleichzeitig auch Strom für die Engpassbewirtschaftung zur Verfügung steht.

3. Der grösste Teil des erzeugten Gleichstromes aber wird sofort in Elektrolyseuren zu Wasserstoff gewandelt. Dabei entstehen 25% Wärme. Die Hälfte davon, 92 TWh, können im Winterhalbjahr für Heizzwecke genutzt werden. Die andere Hälfte ist nicht nutzbar.

4. Der erzeugte Wasserstoff wird an Tankstellen und über das Gasnetz verkauft. Die dabei anfallenden Verluste für Verdichtung und Transport sind oben dargestellt.

5. Ein Viertel des Wasserstoffs wird, siehe 2., für die Rückverstromung per Brennstoffzellen in windstillen dunklen Zeiten benötigt.

Warum heisst es dann aber so oft, Wasserstoff habe einen schlechten Wirkungsgrad?

Der weitläufige Irrtum, ein Wasserstoffsystem habe einen schlechten Wirkungsgrad, beruht auf einem grob fehlerhaften Ansatz, nämlich der Annahme, daß Windstrom mit 25% Verlusten zu Wasserstoff gewandelt würde, wozu 12% Kompressionsverluste kämen und welcher dann mit 40% Wirkungsgrad wieder verstromt würde. Das ergäbe natürlich nur 25% Wirkungsgrad.

Aber genau dieses Szenario spielt in der Gesamtbilanz wie oben ersichtlich nur eine untergeordnete Rolle: Weil insbesondere nur ein sehr kleiner Teil des Wasserstoffs wieder rückverstromt wird, sind die damit verbundenen Verluste insgesamt unwesentlich.

Der richtige Ansatz ist also der bilanzielle, bei welchem die gesamte Energieabgabe ins Verhältnis zur Energiezufuhr gesetzt wird. Dies eben zeigt obiges Energieflußbild.