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Russische Wissenschaftler sprechen über die Perspektiven der Einführung von Wasserstofftechnologien

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Russische Wissenschaftler sprechen über die Perspektiven der Einführung von Wasserstofftechnologien

Mitte 2020 veröffentlichte die Europäische Kommission die "Wasserstoffstrategie für ein klimaneutrales Europa". Laut Brüssel sollten das erste Element des Periodensystems und erneuerbare Energiequellen es der Alten Welt ermöglichen, den CO2-Fußabdruck komplett zu reduzieren und infolgedessen die Umweltverschmutzung zu minimieren.

Schon bis 2030 sollte die Kapazität von in der EU gebauten Elektrolyseuren mindestens 40 Gigawatt betragen (das machte knapp 4% der gesamten Kapazitäten im Jahr 2018 aus). Es ist geplant, genau die gleiche Kapazität in unserem Land zu schaffen.

Nach einer Reihe von Analysten müsse Russland so bald wie möglich Technologien und Anlagen für den Export des leichtesten Erdgases schaffen. Die Anhänger der grünen Energie glauben, man werde Kohlenwasserstoffe bald nicht mehr brauchen. Und wenn wir nicht dringend auf H2 umstellen, wird unsere Volkswirtschaft, die größtenteils von Öl- und Gaseinnahmen abhängt, einbrechen.

Es besteht auch eine andere Meinung. Die Experten, die sich mit den Methoden der Wasserstoffproduktion beschäftigen, betonen, dass jede der verfügbaren Methoden (Gewinnung von Wasserstoff aus Methan oder durch Elektrolyse) zu teuer ist, um sich ernsthaft auf sie als Ressource für globale Energie zu verlassen. In diesem Fall würden die Unternehmen und die Bevölkerung beim Bezahlen ihrer Stromrechnungen einfach bankrottgehen. Darüber hinaus ist nicht ganz klar, wie dieses explosive Gas gespeichert und vor allem transportiert werden soll. Das bestehende Rohrleitungssystem ist dafür nicht geeignet. Im Gegensatz zum Methan würde das extrem aktive H2 die Schweißnähte dieses Systems einfach zerstören.

Die Welt verbraucht heute rund 85 Millionen Tonnen Wasserstoff. Gleichzeitig muss man verstehen, dass die Nachfrage nicht durch Energie und Verkehr, sondern durch die Ölraffinerie und die chemische Industrie gedeckt wird. Natürlich gibt es Autos, Busse und Züge, die H2 brauchen, aber die sind eher experimentelle Modelle. Die Einführung dieser Modelle in industriellem Maßstab kommt wegen großer Kosten nicht infrage.

Es gibt aber auch lokale Projekte. Zum Beispiel wird heute in Russland ein Programm entwickelt, um Züge mit Wasserstoffzellenantrieb herzustellen. Sie würden möglicherweise anstelle von Diesellokomotiven dort gefragt, wo es an der Elektrizitätsübertragungsinfrastruktur mangelt.

Горный университет
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"Unserer Meinung nach ist Wasserstoff nicht in der Lage, den Status einer globalen Energieressource zu erhalten. Er kann jedoch eines der Werkzeuge werden, die die Menschheit zur Lösung von Umweltproblemen benötigt. Die Zivilisation steht heute vor einer ernsthaften Herausforderung – die von Menschen verursachten Auswirkungen auf die Natur erheblich zu verringern. Und gleichzeitig eine nachhaltige Entwicklung aufrechtzuerhalten. Durch unsere wissenschaftliche Forschung möchten wir besser verstehen, wie man beides gleichzeitig erreichen kann. Eine der Forschungsrichtungen ist eben die Forschung auf dem Gebiet der Verbesserung von Technologien für die Herstellung, Speicherung und den Transport von Wasserstoff. Die Forschung wird durch Zuschüsse von Hazret Sowmen finanziert. Er ist ein Philanthrop, der lange vor seinem Sieg bei der Präsidentschaftswahl in der Republik Adygeja buchstäblich eine technologische Revolution im Goldabbau durchgeführt hat. Diese Person versteht ganz gut, dass die Wissenschaft die Grundlage für die fortschreitende sozioökonomische Entwicklung Russlands ist. Dafür soll die jüngere Generation von Wissenschaftlern in die Forschung einbezogen werden", sagt Georgi Buslaew, Projektmanager beim "Arktis" Kompetenzzentrum an der Staatlichen Bergbau-Universität Sankt Petersburg.

Er stellt klar, dass es nach einer Reihe von westlichen Politikern nur dann möglich ist, den CO2-Fußabdruck zu verringern, wenn man auf Öl und Gas vollständig verzichtet. Dies ist jedoch unrealistisch, da es viele Jahrzehnte dauern wird, bis grüne Technologien fossile Brennstoffe als Voraussetzung für die Entwicklung von den Volkswirtschaften ersetzen können. Es ist wahrscheinlich, dass es erst Ende des 21. Jahrhunderts geschehen wird. Daher sollten die Wissenschaftler nicht nur nach Alternativen zu Kohlenwasserstoffen suchen, sondern auch auf dem Gebiet der Verringerung der Schadstoffemissionen bei der Gewinnung, Transport und Verwendung von Kohlenwasserstoffen forschen.

Eines der schwerwiegendsten Umweltprobleme im Zusammenhang mit dem Kraftstoff- und Energiekomplex ist das Abbrennen des Erdölbegleitgases. Es wird bei der Gewinnung von Erdöl aus einem Bohrloch freigesetzt und ist ein Nebenprodukt. Zuvor brannte das Gas in Fackeln (und dies geschah weltweit), was zu Emissionen von CO2 und von anderen schädlichen Substanzen in die Atmosphäre führte. Heute hat sich die Situation leicht verbessert, allerdings ist der Umweltschaden immer noch groß.

Unabhängig davon, wie komisch es auf den ersten Blick scheinen könnte, ist es möglich, die Marktsituation gerade durch den Export von Wasserstoff oder, genauer gesagt, von seinen Derivaten zu verändern. Wissenschaftler an der Staatlichen Bergbau-Universität Sankt Petersburg arbeiten derzeit an der Modellierung von Technologien, die auf der Rückgewinnung von Erdölbegleitgas auf den Erdölfeldern hinter dem Polarkreis und auf seinem Transport in die Gaswerke in der Nähe von der Nordseeroute basieren. Dort kann man aus dem Erdölbegleitgas eine Art "Halbfabrikate" herstellen, damit man daraus Wasserstoff gewinnen kann.

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"Das Speichern und Transportieren von H2 ist eine große Herausforderung, die bahnbrechende wissenschaftliche Lösungen erfordert. Man darf dieses Gas nicht in eine vorhandene Rohrleitung laden, weil sein Molekül so klein ist, dass es durch das Kristallgitter von Stahl durchdringen kann. Daher ist es sehr schwierig, die Ressource der Rohrleitung einzuschätzen, wenn sie für den Wasserstofftransport verwendet würde. Die Technologien des Transports von Wasserstoff in gebundenem Zustand sind viel attraktiver. Wir sprechen über die Lieferung von Erdgas (es wird auch Begleitgas genannt) in die Gaswerke und die weitere Synthese von Methanol, Ammoniak oder Cyclohexan. Wenn diese Gase mit einem Tanker zum Versandort transportiert werden, kann man dort Wasserstoff und andere wertvolle Komponenten daraus erhalten. Die Umsetzung eines solchen Projekts wird es uns ermöglichen, die CO2-Emissionen während der Kohlenwasserstoffproduktion erheblich zu reduzieren und den europäischen und asiatischen Verbrauchern eine Ressource zur Verfügung zu stellen, die in Zukunft gefragt sein wird", erklärt Georgi Buslaew.

Das Wissenschaftlerteam an der Universität beschäftigt sich damit, die arktischen Felder den Anforderungen kohlenstoffarmer Energie anzupassen und gleichzeitig margenstarke Güter herzustellen – die sind "universelle Bausteine, aus denen man eine neue Art von Wirtschaft aufbauen kann". Das bedeutet aber nicht, dass in der Arktis geförderte Öl und Gas nicht mehr gefragt werden. Der Anteil der Primärrohstoffe an den Exporten soll jedoch aufgrund von Produkten mit hoher Wertschöpfung zweifellos sinken. Und Wasserstoffderivate könnten dazu beitragen, was nicht nur die von Menschen verursachten Auswirkungen auf die Natur erheblich verringern, sondern auch die Einnahmen des russischen Haushalts erhöhen würde.

"Natürlich sollen wir die Öl- und Gasförderung nicht aufgeben, obwohl es einige eifrige Umweltschützer im Westen fordern. Es ist klar, dass die Nachfrage nach Öl und Gas ansteigen wird, vor allem von asiatischen Verbrauchern. Wasserstoff kann Öl und Gas nie vollständig ersetzen, dennoch müssen wir nach die Antworten auf die verschärften Spielregeln auf ausländischen Märkten suchen. Eine der Richtungen ist die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen in den Regionen mit entsprechendem Klima. Übrigens kann auch hier das erste Element des Periodensystems sehr gefragt sein. Bekanntlich ist der Mangel an verfügbaren Technologien zur Stromgewinnung in industriellem Maßstab der Hauptnachteil von Windgeneratoren und Sonnenkollektoren, weil dieser Mangel deren Potenzial ernsthaft einschränkt. Darüber hinaus sind vorhandene Speichersysteme äußerst empfindlich gegenüber niedrigeren Umgebungstemperaturen, was deren Anwendung erschwert. Würde der Wasserstoff jedoch aus der überschüssigen Stromenergie gewonnen, könnte man das Problem seiner Gewinnung teilweise lösen", fährt Georgi Buslaew fort.

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Vergangenen Dezember gab Wladimir Putin bekannt, dass die Zukunft Russlands in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung der Arktis stehe, auch im Hinblick auf den dortigen Bergbau. "Gazprom Neft" plant, in absehbarer Zeit etwa 30% seiner gesamten Prospektion in der Arktis durchzuführen. Die "Rosneft" und "Novatek" Unternehmen setzen dort Projekte um, die enorme Investitionen erfordern, unter anderem finanzieren sie die Schaffung der neuen Infrastruktur.

Es besteht kein Zweifel, dass der hohe Norden in den nächsten 10 bis 15 Jahren zu einer Region wird, die einen erheblichen Teil der Haushaltseinnahmen einbringt. Die praktische Aufgabe, mit der Unternehmen und Wissenschaftler heute in dieser Hinsicht konfrontiert sind, besteht nicht nur darin, Produkte zu erhalten, die auf dem Markt gefragt sind, sondern auch den CO2-Fußabdruck zu verringern. Die Wasserstofftechnologien sind zweifellos eine der Methoden, um das erklärte Ziel zu erreichen. Gleichzeitig ist kaum zu erwarten, dass sie eine bedeutende Nische im globalen Energiesektor besetzen würden. Dafür ist die Herstellung von H2 zu teuer. Überdies wirkt der Wasserstoff aggressiv gegenüber Metallen und ist vor allem explosiv. Die Frage ist, ob die Wissenschaft diese erheblichen Nachteile beseitigen kann und wann, was bleibt derzeit offen.