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Wasserstoff kann auf verschiedene Arten transportiert werden, abhängig von der Entfernung, der Menge und den spezifischen Anforderungen. Hier sind einige gängige Methoden:

1. Transport mit LKWs:

   • Wasserstoff kann sowohl in komprimierter als auch in flüssiger Form mit Lastkraftwagen (LKWs) transportiert werden.
   • Bei der komprimierten Form wird der Wasserstoff in Druckbehältern transportiert.
   • Bei der flüssigen Form wird der Wasserstoff in isolierten Kryotanks transportiert.
   • LKWs sind eine flexible Option für den Transport über kürzere Strecken.

2. Transport mit Schiffen:

   • Für den globalen Handel kann Wasserstoff mit Schiffen transportiert werden.
   • Dies erfordert spezielle Tanks und Sicherheitsvorkehrungen, da Wasserstoff leicht entweicht.

3. Transport mit Pipelines:

   • Wasserstoff kann über spezielle Pipelines von Produktionsorten zu Verbrauchsorten transportiert werden.
   • Dies ist effizient, erfordert jedoch eine umfassende Infrastruktur.

Insgesamt hängt die Wahl der Transportmethode von der spezifischen Situation und den Anforderungen ab.

Wasserstoff ist ein vielseitiger Energieträger, der im Energiesystem der Zukunft eine bedeutende Rolle spielen könnte. Um Wasserstoff großflächig nutzen zu können, muss das Gas effizient und wirtschaftlich gespeichert werden. Es gibt verschiedene Arten der Wasserstoffspeicherung, u.a.:

1. Druckgasspeicher

   Hierbei wird Wasserstoff unter hohem Druck in Tanks verdichtet. Diese Methode eignet sich vor allem für kleinere Mengen an Wasserstoff und findet Anwendung bei Lkw-Transporten, in Fahrzeugen, in der Industrie oder an Wasserstofftankstellen. Die Behälter variieren je nach Verwendungszweck und Druckniveau. Stationäre Anwendungen nutzen häufig zylindrische Stahlbehälter, während Fahrzeugtanks leicht und druckbeständig sein müssen.

2. Flüssiggasspeicher

   Wasserstoff wird in isolierten Kryotanks flüssig gespeichert. Diese Methode ermöglicht eine höhere Energiedichte, eignet sich jedoch eher für spezielle Anwendungen wie Raumfahrt oder mobile Brennstoffzellen.

3. Speicher mit festen Trägermaterialien (Adsorptionsspeicher)

   Hierbei wird Wasserstoff an geeigneten festen Materialien adsorbiert. Diese Methode bietet eine gute Speicherdichte und ist besonders interessant für den Einsatz in Fahrzeugen.

4. Speicher mit flüssigen Trägermaterialien (Adsorptionsspeicher)

   Wasserstoff wird in flüssigen Trägermedien adsorbiert. Diese Methode ist noch in der Forschung und Entwicklung, hat aber das Potenzial für effiziente Speicherlösungen.

Langfristig könnten auch unterirdische Kavernenspeicher genutzt werden, beispielsweise in Salzstöcken oder ehemaligen Gas- und Öllagerstätten. Diese bieten ein hohes Fassungsvermögen, erfordern jedoch hohen Druck für die Einspeicherung und sind langsamer in der Entnahme.

Eine Brennstoffzelle ist ein technisches Gerät, das chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umwandelt. Häufig bezieht sich der Begriff “Brennstoffzelle” auf eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle:

Funktionsweise

• Eine Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff und Sauerstoff als Brennstoffe.
• Die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt elektrochemisch.
• Dabei wird elektrische Spannung erzeugt, ohne schädliche Emissionen zu verursachen.

Vergleich mit Wärmekraftmaschinen

• Im Gegensatz zu Wärmekraftmaschinen, die chemische Energie durch Verbrennung in thermische Energie und mechanische Arbeit umwandeln, wandelt eine Brennstoffzelle die chemische Energie direkt in elektrische Energie um.
• Dadurch ist sie potenziell effizienter.

Anwendungen

• Stationärer Einsatz: Brennstoffzellen werden zur netzunabhängigen Stromversorgung und in Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungen für Gebäude genutzt.
• Mobiler Einsatz: Fahrzeuge (PKW, LKW, Baumaschinen), Luftfahrt, Raumfahrt und Schifffahrt
• Direktmethanolbrennstoffzellen kommen bei netzfernen Geräten wie Messstationen oder Campingausrüstung zum Einsatz.

Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle wird in diesem YoutTube-Video sehr anschaulich dargestellt:

Ein Elektrolyseur ist ein technisches Gerät, das mit Hilfe von elektrischem Strom z.B. Wasser in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufspaltet, die so genannte Elektrolyse. Elektrolyseure spielen eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Wasserstoff im Zuge der Energiewende. Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, u.a.:

1. Saurer oder PEM-Elektrolyseur

• Im Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseur wird destilliertes Wasser durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
• Er besteht aus einer protonendurchlässigen Polymermembran (PEM).
• Dieser Typ wird oft für kleinere Anwendungen eingesetzt.

2. Alkalischer Elektrolyseur

• Bei diesem Typ wird bei einer Gleichspannung von mindestens 1,5 Volt an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff gebildet.
• Als Elektrolyt dient Kalilauge (Kaliumhydroxid-Lösung, KOH) mit einer Konzentration von 20–40 %.
• Eine gasdichte Membran (Diaphragma) verhindert die Vermischung der entstehenden Produktgase.
• DSA-Elektroden (Dimensionsstabile Anoden) werden als Elektroden eingesetzt, die mit einem Edelmetall-Katalysator (z. B. Ruthenium- oder Iridiumoxid) beschichtet sind.

3. Hochtemperatur-Elektrolyseur

• Bei diesem Elektrolyseurtyp erfolgt die Elektrolyse bei erhöhten Temperaturen (ca. 900 °C).
• Er kann in Kombination mit anderen Prozessen wie der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse genutzt werden.

4. Nickel-Eisen-Elektrolyseur

• Hier wird ein Nickel-Eisen-Katalysator verwendet, der die Elektrolyse ermöglicht.
• Im Vergleich zu anderen Elektrolyseurtypen ist der Nickel-Eisen-Elektrolyseur robust und kostengünstig.

5. Kapillar-Elektrolyseur

• Ein Kapillar-Elektrolyseur vermeidet einen direkten Kontakt der Elektrolytflüssigkeit mit der Anode und Katode mittels Kapillaren. Auf diese Weise wird eine Blasenbildung vermieden, die bisher die Effizienz von Elektrolyseuren verringert hat.
• Die Kapillar-Elektrolyse ist ein sehr junges Verfahren, das einen sehr hohen Wirkungsgrad ermöglichen soll.

In diesem Video siehst du einen Elektrolyseur, der Wasserstoff im industriellen Maßstab produziert:

Die Wasserelektrolyse bezeichnet die Zerlegung von Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) mithilfe elektrischen Stroms. Dieser Prozess ist von besonderer Bedeutung für die Gewinnung von Wasserstoff. Bisher ist die Wasserstoffproduktion aus fossilen Brennstoffen wirtschaftlicher als die Herstellung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse. Dennoch gewinnt die Wasserelektrolyse aufgrund des starken Ausbaus erneuerbarer Energien an Bedeutung.

Wasserelektrolyse

Die Elektrolyse von Wasser besteht aus zwei Teilreaktionen, die an den Elektroden (Kathode und Anode) ablaufen:

Kathode:

• An der Kathode findet die so genannte Reduktion statt.
• Elektronen werden von der Kathode aufgenommen, um Wasserstoff zu bilden.
• Wasserstoffionen (H⁺) werden zu Wasserstoffmolekülen (H₂) umgewandelt

Anode:

• An der Anode erfolgt die so genannte Oxidation.
• Wasser-Moleküle werden in Sauerstoff (O₂) und Protonen (H⁺) zerlegt

Zur Veranschaulichung wird die Elektrolyse oft mit dem Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat demonstriert:

Reiner Wasserstoff kann nicht brennen und auch nicht explodieren. In Verbindung mit Luft bzw. Sauerstoff hat Wasserstoff jedoch suboptimale Eigenschaften. Erinnert sei hier an die Explosion des Luftschiffes Hindenburg am 06. Mai 1945

Wasserstoff + Sauerstoff (Knallgas)

Knallgas ist eine explosionsfähige Mischung aus gasförmigem Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂). Beim Kontakt mit offenem Feuer (Glut oder Funken) erfolgt die sogenannte Knallgasreaktion. Ein fertiges Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff im Stoffmengenverhältnis 2:1 ist bereits in geringen Mengen explosiv.

Wasserstoff + Luft

Wird Wasserstoff mit Luft unter atmosphärischem Druck gemischt, ist er bei folgendem Volumenanteil brennbar bzw. explosiv:

• brennbar | Volumenanteil des Wasserstoff beträgt 4 bis max. 18%
• explosiv | Volumenanteil des Wasserstoff beträgt 18 bis ca.76%

Liegt der Volumenanteil des Wasserstoffs über 76% am Wasserstoff-Luft-Gemisch, ist eine Explosion nicht mehr möglich.

Die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff wird in diesem YoutTube-Video anschaulich dargestellt:

Wieso hat Wasserstoff unterschiedliche Farbbezeichnungen?

Wasserstoff ist ein vielseitiger Energieträger, der in unterschiedliche Farben unterteilt wird, obwohl er eigentlich ein farbloses Gas ist. Diese Farben beschreiben die Herstellungsverfahren bzw. den Ursprung von Wasserstoff und haben Auswirkungen auf das Klima.

Was bedeuten die Farben des Wasserstoffs?

Nachfolgend eine kurze Erläuterung der wichtigsten Farben des Wasserstoffs:

1. Weißer Wasserstoff

• Weißer Wasserstoff ist natürlichen Ursprungs und kommt in natürlichen Lagerstätten vor (z.B. Gestein).
• Er ist ein Primärenergieträger.

2. Schwarzer | Brauner Wasserstoff

• Schwarzer bzw. brauner Wasserstoff wird mittels Kohlevergasung von Steinkohle (Schwarzer Wasserstoff) oder Braunkohle (Brauner Wasserstoff) hergestellt.
• Er ist nicht klimaneutral und trägt zur Umweltbelastung bei.

3. Grauer Wasserstoff

• Grauer Wasserstoff wird aus Erdgas hergestellt, indem Kohlenstoffdioxid (CO₂) abgetrennt wird (sogenannte Dampfreformierung).
• Er ist nicht klimaneutral und trägt zur Umweltbelastung bei.

4. Blauer Wasserstoff

• Blauer Wasserstoff wird wie grauer Wasserstoff aus Erdgas hergestellt, jedoch wird das abgetrennte Kohlenstoffdioxid (CO₂) unterirdisch gelagert.
• Er ist nicht klimaneutral, aber weniger umweltschädlich als grauer Wasserstoff.

5. Türkiser Wasserstoff

• Türkiser Wasserstoff entsteht durch Pyrolyse von Methan (CH₄). Es ist eine weniger gebräuchliche Variante.
• Er ist nicht klimaneutral und trägt zur Umweltbelastung bei.

6. Gelber Wasserstoff

• Gelber Wasserstoff wird durch Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser mit Hilfe von beliebigen Energieträgern (z.B. Erdgas, Kohle) in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
• Er ist nicht klimaneutral und trägt zur Umweltbelastung bei.

7. Orangener Wasserstoff

• Orangener Wasserstoff wird aus Biomasse oder durch Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser mit Hilfe von Strom aus Bioenergie oder Müllverbrennungsanlagen in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
• Er ist nur teilweise klimaneutral, da die Verbrennung von Müll zur Umweltbelastung beiträgt.

8. Roter Wasserstoff

• Roter Wasserstoff wird durch Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser mit Hilfe von Atomstrom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
• Er ist klimaneutral, jedoch gibt es Vorbehalte hinsichtlich der Verwendung von Kernenergie (radioaktiver Abfall).

9. Grüner Wasserstoff

• Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser mit Hilfe von grünem Strom (z. B. aus Wind- oder Sonnenenergie) in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
• Er ist klimaneutral, da keine fossilen Brennstoffe verwendet werden.
• Grüner Wasserstoff spielt eine Schlüsselrolle in der Energiewende und ist nachhaltig.

In diesem YouTube-Video werden die Farben des Wasserstoff nochmals anschaulich erläutert:

Der Unterschied zwischen "H" und "H₂" liegt in ihrer chemischen Form:

1. H (Wasserstoffatom):

   • Ein einzelnes Wasserstoffatom besteht aus einem Proton im Kern und einem Elektron, das den Kern umkreist.
   • Es ist das leichteste Element und das häufigste im Universum.
   • Wasserstoffatome sind nicht stabil, da sie ein einzelnes Elektron haben und daher leicht reaktiv sind.
   • In der Natur kommt Wasserstoff normalerweise als H₂ vor, da es sich gerne mit einem anderen Wasserstoffatom verbindet, um ein stabiles Molekül zu bilden.
     

2. H₂ (Wasserstoffmolekül):

   • Wasserstoffmoleküle bestehen aus zwei Wasserstoffatomen, die durch eine kovalente Bindung miteinander verbunden sind.
   • Diese Bindung entsteht, wenn zwei Wasserstoffatome ihre Elektronen teilen, um eine stabile Konfiguration zu erreichen.
   • H₂ ist ein farbloses, geruchloses Gas und das häufigste Molekül in der Erdatmosphäre.
   • Es ist ein wichtiger Bestandteil vieler chemischer Reaktionen und wird in der Industrie, Energieerzeugung und Raumfahrt verwendet.

Zusammenfassend: "H" bezieht sich auf ein einzelnes Wasserstoffatom, während "H₂" ein Molekül aus zwei Wasserstoffatomen ist.

Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum. Gleichzeitig ist es das einfachste und leichteste chemische Element, bestehend aus nur einem Proton und einem Elektron. Das Symbol für Wasserstoff ist H (für lateinisch Hydrogenium, was “Wasserbildner” bzw. "Wassererzeuger" bedeutet). Wasserstoff steht an erster Stelle im Periodensystem der Elemente (Ordnungszahl 1, 1. Periode, 1. Gruppe). Wichtige Eigenschaften von Wasserstoff sind u.a.:

Aggregatzustand:
gasförmig (H₂)

Aussehen:
farb- und geruchlos (ungiftig)

Schmelzpunkt:
minus 259,125 °C (14,025 K)

Siedepunkt:
minus 252,882 °C (20,268 K)

Atommasse:
1.00784 u

Dichte:
0,0899 g/l (ca. 14 mal leichter als Luft)

Vorkommen:
Ein Großteil des Wasserstoffs auf der Erde kommt in gebundener Form in Wasser vor (H₂O). Wasserstoff ist auch ein wichtiger Bestandteil vieler organischer Verbindungen und kommt in fossilen Brennstoffen wie Erdgas und Erdöl vor. Es ist auch das häufigste chemische Element im Universum, obwohl sein Massenanteil auf der Erde relativ gering ist.