Solarenergie dank grünem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff spielt in der Berichterstattung über die Energiewende eine grosse Rolle. Dabei handelt es sich natürlich nicht um eine neu entdeckte Materie.

Wasserstoff ist ein farbloses Gas, das in vielen chemischen Verbindungen vorkommt. Bislang kann Wasserstoff jedoch nur mithilfe fossiler Brennstoffe als Energieträger genutzt werden.

Gelingt es jedoch, nachhaltigen – also grünen Wasserstoff – herzustellen, kann er ein wertvoller Baustein der Energiewende werden.

Dazu wird Elektrolyse genutzt, also die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff mithilfe von elektrischem Strom.

Und das könnte in Zukunft die Solarenergie liefern. Ein Problem dabei ist derzeit noch, dass die Solarzellen dafür in Wasser getaucht werden müssen. Das verträgt sich nicht so gut.

Neben dem hohen Strombedarf für die Elektrolyse hat grüner Wasserstoff daher ein zweites Problem: die geringe Effizienz der mit Sonnenenergie herbeigeführten Wasserspaltung.

Diese lag laut der deutschen Universität Tübingen 1998 bei zwölf Prozent und stieg erst 2015 auf 14 Prozent. 2018 dann schon auf 19 Prozent. Entsprechend intensiv wird an Verbesserungsmöglichkeiten geforscht.

Die Universität Tübingen hat eine Solarzelle entwickelt, die bereits fest in den photoelektrochemischen Apparat integriert ist. Sie arbeitet direkt mit den Katalysatoren für die Wasserspaltung zusammen.

Dadurch wird ein zusätzlicher Stromkreislauf überflüssig. Der Wirkungsgrad der neuen Solarzelle liegt nach Angaben der Universität bei 18 Prozent.

Einen noch grösseren Erfolg erzielten Forscher der Rice University in Houston (USA). Ihr neues Gerät erreichte einen Wirkungsgrad von 20,8 Prozent.

Das Geheimnis war eine neue Barriere, die den Halbleiter vor dem Wasser schützt, aber den Elektronentransfer nicht behindert. Zum Einsatz kommen die noch sehr jungen und effizienten Perowskit-Solarzellen.

In der Schweiz spielt grüner Wasserstoff inzwischen eine wichtige Rolle bei der Planung der Energiezukunft 2050. Die Schweiz will dann ihren Strombedarf vollständig aus nachhaltigen Quellen decken.

Das Problem: Derzeit ist die Herstellung von grünem Wasserstoff aufgrund des Energiebedarfs noch sehr teuer. Es wird jedoch erwartet, dass die Kosten in den kommenden Jahren sinken werden.

Zum einen können dann günstige Energiequellen wie Solarenergie effizienter genutzt werden. Andererseits soll die Effizienz des Wasserstoffs selbst gesteigert werden. Ab 2040 kann Wasserstoff dann eine wichtige Rolle im Schweizer Energiemix spielen.

Bis 2040 sollen auch neue Pipelines entstehen, die den grünen Wasserstoff quer durch Europa transportieren.

Für die Schweiz ist dies besonders wichtig, da der grösste Teil dieses Energieträgers voraussichtlich importiert werden muss. Der Grund dafür liegt darin, dass er aufgrund der hohen Stromkosten in der Schweiz im Ausland günstiger produziert werden kann.

Wasserstoff ist vor allem im Winter interessant, wenn die PV-Anlagen des Landes nicht genügend Solarenergie liefern. Im Sommer soll Wasserstoff mithilfe der dann reichlich vorhandenen Sonnenenergie erzeugt und gespeichert werden.

Im Winter wird das gespeicherte Gas wieder in Strom umgewandelt. So jedenfalls sieht der Idealfall aus. Ob es dazu kommt, hängt von den Unternehmen ab, die den grünen Wasserstoff vorantreiben.