VAWT-Engineering
Eine andere Wasserstoffwirtschaft
Bevor wir die Welt vollkommen umgstaltet haben!
Einstieg in eine andere Wasserstoffwirtschaft
Neben der Generierung von Wasserstoff aus „Grünem Strom“ mittels Elektrolyse werden wir in Zukunft auch auf andere Verfahren zur Generierung von Wasserstoff, zum Beispiel aus Wasserstoff enthaltende Reststoffe, Sekundärnutzung von Wasserstoffverbindungen und wertstoffliche Aufbereitung nicht recyclebarer Prozessrückstände setzen müssen.
Mit dem hier vorgestellten ökologischen Wasserstoffwirtschaftssystem haben wir alle unter "Philosofisches zum Verständnis" genannten Fakten so weit wie möglich berücksichtigt, um die nachhaltige Nutzung von Energie und Materie auch in Zukunft gewährleisten zu können.
Das von VAWT-Engineering entwickelte Konzept einer Wasserstoffwirtschaft unter Einbeziehung der stofflichen Verwertung nicht recyclebaren Kohlenwasserstoffe stellt ein System dar, das eine nachhaltige Energiewirtschaft und stoffliche Reststoffverwertung zum Ziel hat.
Bei diesem Konzept handelt es sich nicht um eine Ergänzung des bestehenden Systems erneuerbarer Energien im Strom-, Wärme- und Gasnetz, sondern um eine Alternative, die den regenerativ erzeugten Strom mit einbeziehen kann.
Die Umsetzung der konzipierten Wasserstoffwirtschaft wird zu einem massiven Rückbau von Kraftwerken und dem Stromnetz führen können und die heute noch mitverbrannten und exportierten Reststoffmengen einer stofflichen Verwertung zuführen.
Entscheidend ist, dass in der Industrie sowie in jedem Haushalt, per Brennstoffzelle Wärme und Strom aus Wasserstoff erzeugt wird. Durch diese dezentrale Nutzung werden Energieverluste drastisch minimiert, da in erster Linie die anfallende Wärme genutzt wird, Strom fällt im Überschuss an. Der für die Erzeugung von Strom und Wärme benutzte Wasserstoff kann Kohle, Erdöl und Erdgas als fossile Primärenergieträger ablösen.
Außerdem werden Brennstoffzellen in Schwerlastfahrzeugen zum Einsatz kommen, die nach heutigem Standard mit Druckwasserstoff betankt werden. Der benötigte Wasserstoff wird nach Hochlauf entsprechender Anlagen zu 100% aus regenerativen Quellen stammen.
Als Basis der Wasserstoffproduktion wird die Vergasung von organischem Material entscheidend sein, bei der neben Biomasse in erster Linie organische Reststoffe zum Einsatz kommen. Bei diesem Prozess wird organisches Material und Wasser mit hohem Wirkungsgrad in Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgesetzt.
Außerdem wird regenerativer Strom dezentral per Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. Der so erzeugte grüne Wasserstoff kann auf verschiedene Weise gespeichert und bis zum Endverbraucher transportiert werden, wo der Wasserstoff mittels Brennstoffzellen in die Endenergien Wärme und Strom umgesetzt wird. Da bei nahezu allen Energieanwendungen der größere Teil an Energie in Form von Wärme benötigt wird, die Brennstoffzelle aber gleich viel Strom und Wärme erzeugt, muss der überschüssige Strom anderweitig genutzt oder auch in Wärme umgewandelt werden. Das Charakteristikum der projektierten Wasserstoffwirtschaft ist, dass es sich um eine wärmegeführte Energiewirtschaft handelt.
Die projektierte Wasserstoffwirtschaft ist als CO2-neutral anzusehen, da nur Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden, die sich bereits in der Biosphäre befinden. Die Defossilisierung führt nicht zum Verschwinden von organischen Reststoffen, auch in Zukunft müssen z.B. Biokunststoffe und Faserverbundwerkstoffe stofflich verwertet werden und die bereits in der Umwelt befindlichen Kunststoffe müssen gesammelt und stofflich verwertet werden, um ein Eintreten in die Nahrungskette zu verhindern.
Der Vorteil von Wasserstoff gegenüber Strom besteht in der unbegrenzten und kostengünstigen Speicherfähigkeit. Durch die dezentrale Erzeugung von Wärme und Strom wird die Effizienz der Gesamtenergiekette nahezu verdoppelt. Durch die Produktion von Wasserstoff aus organischen Reststoffen werden auch die Energiepreise gesenkt.
Als organische Reststoffe können sowohl biogene Reststoffe aus der Landwirtschaft, der Garten- und Landschaftspflege, der Forstwirtschaft, der Lebensmittelindustrie aber auch Klärschlamm und nicht recycelbare Kunststoffe zum Einsatz kommen, eigens für die Wasserstoffherstellung angebaute Energiepflanzen sollten in deutlich geringerem Umfang und in anderer Form als heute eingesetzt werden.
Die nötigen Investitionen in die Infrastruktur wie Wasserstofffabriken, Speicher und Logistik sind voraussichtlich niedriger als die Investitionen zur Instandhaltung der heutigen Energiesysteme, sofern alle Synergieeffekte wie Wasserstoffspeicherung in LOHC in vorhandener Dieselinfrastruktur oder Einspeisen von Wasserstoff und Kohlendioxid metanisiert ins bestehende Gasnetz als Substitut für Erdgas genutzt werden.
Philosofische Betrachtung zur zukünftigen Wasserstoffwirtschaft
Um das in der Folge vorgestellte Konzept der Defossilisierung der Energieversorgung auf Basis einer ökologischen Wasserstoffwirtschaft zu verstehen, müssen grundlegende Punkte als unumstößlich akzeptiert werden.
- Wir können keine Energie erzeugen oder vernichten, wir können Energie nur nutzen. Im physikalischen Sinne des Energieerhaltungssatzes ist ein "Verlust" von Energie nicht möglich. Dennoch werden umgangssprachliche Begriffe wie "Energieverbrauch", "Energieverschwendung", "Energieeinsparung" und "Energieverlust" verwendet. Die genannten Begriffe beschreiben den Übergang von Energie von technisch leicht nutzbaren oder biologisch nutzbaren Energieformen zu Formen, die schwierig oder nicht nutzbar sind. Es ist auch unmöglich, Energie zu erzeugen. Unter dem umgangssprachlichen Begriff "Energieerzeugung" versteht man die Umwandlung vorhandener Energie in eine Form, die vom Menschen genutzt werden kann.
- Wir können keine Materie erschaffen oder vernichten, wir können Materie nur nutzen und durch chemische oder physikalische Prozesse verändern. Im engeren Sinne des Gesetzes der Massenerhaltung ist ein "Verlust" von Materie nicht möglich. Die Summe der Eingangsmaterialien ist immer gleich der Summe der Ausgangsmaterialien. Wir können die Umwandlung von Materie in Energie unter Alltagsbedingungen vernachlässigen.
- Daraus ergibt sich unweigerlich: Es gibt kein Wachstum, und es gibt keinen Abfall.
- Die Natur zeigt uns, dass es keinen Abfall gibt. Jedes Produkt eines Prozesses ist das Ausgangsmaterial eines nachfolgenden Prozesses, egal wie lange dieser Prozess auch dauern mag.
- Da sowohl Energie als auch Materie nur genutzt, aber weder verbraucht noch erzeugt werden können, ist Wachstum nur möglich, wenn auf der anderen Seite eine ebenso große Schrumpfung/Reduktion vorliegt. Jedes intakte Ökosystem bewegt sich immer in einem labilen Zustand, in dem sich alle Massen- und Energieflüsse zu einem Wert um Null addieren.
Unkontrolliertes Wachstum eines Teils des Systems führt zu Instabilität und unter Umständen zum Zusammenbruch des gesamten Systems. In der belebten Natur kennen wir diesen Zustand als Krebs und wenn er unbehandelt bleibt, endet er meistens mit dem Tod, dem Zusammenbruch des Systems.
Die Art und Weise, wie durch das vom Menschen geschaffene Wirtschaftssystem mit Energie und Rohstoffen umgegangen wird, in Kombination mit einem exponentiellen Bevölkerungswachstum, widerspricht allen obigen Aussagen, was nur den Schluss zulässt, dass ein „Weiter So" unweigerlich zu einem ökonomischen und ökologischen Kollaps führen muss.
Zur Situation
Wir können die zukünftige Wasserstoffwirtschaft nicht isoliert betrachten. Nach dem Atomausstieg und dem Ausstieg aus der Kohleverstromung wird der „Grüne Strom“ nicht einmal den Strombedarf decken können, geschweige denn ausreichend Strom für Mobilität und die Generierung von „Grünem Wasserstoff“ zur Verfügung stellen können.
Darüber hinaus arbeiten etliche Kohlekraftwerke noch als Mitverbrennungsanlagen für nicht recyclebare Prozess- und Produktrückstände (insbesondere Holz und Kunststoffe). Diese Stoffströme sind nach Schließung der Mitverbrennungsanlagen wertstofflich umzusetzen und in den Wirtschaftskreislauf zu reintegrieren. Alle vorgenannten Stoffströme verfügen über ein Potential an Wasserstoff und Kohlenstoffverbindungen als Chemierohstoff auf dem Niveau von Erdöl / Erdgas.
Bei einer systemischen Betrachtung sowohl des Energiesystems als auch der Stoffströme vor dem Hintergrund der Defossilisierung des Wirtschaftssystems ist neben einer Effizienzinitiative auf Nutzerseite insbesondere eine über das heute gebräuchliche Maß weit hinausgehende Sektorkopplung nötig. Alle Sektoren eines Systems sind miteinander gekoppelt, nicht weil wir sie koppeln, sondern weil in einem System kein Sektor für sich existieren kann.
Um die Defossilisierung des anthropogen dominierten Ökosystems Erde vorantreiben zu können, wird es notwendig sein, nach Möglichkeit alle in der Biosphäre von Menschen initiierten Energie- und Stoffströme so zu optimieren, dass nahezu keine fossilen Rohstoffe mehr in das Ökosystem eingefügt werden müssen und alle in der Biosphäre befindlichen Stoffe und Energien konsequent weitergenutzt werden und idealer Weise durch Upcycling einer weiteren Nutzung zugeführt werden.
Wir werden uns auch von so genannten Wirkungsgradvergleichen verabschieden müssen, die immer nur Ausschnitte eines Systems betrachten und oft auch „Äpfel mit Birnen“ vergleichen. In der zukünftigen gesamtsystemischen Betrachtung sind alle Aspekte eines Prozesses, einschließlich aller Vorprozesse und aller Folgeprozesse in ihrer Gesamtheit zu betrachten und zu bewerten. Selbst weitreichende Life-Cycle-Betrachtungen erfüllen diese Forderung nicht, da sie immer nur einen konkreten Systemausschnitt betrachten, nicht aber das Gesamtsystem.
Um zu verstehen, wie sich diese Strukturen entwickelt haben, sollten wir in unserer Betrachtung der Auswirkungen des Lebens auf der Erde bis zu den Ursprüngen zurückgehen.
Historisch betrachtet hat „das Leben“ den Planeten Erde mehrfach grundlegend verändert, wiederholt auch mit katastrophalen Folgen für weite Teile der belebten Natur bis hin zur nahezu vollständigen Vernichtung allen Lebens. Aber noch nie in der Geschichte des Planeten Erde hat eine einzige Spezies so massiv in die Regelkreise eingegriffen wie der Mensch.
Bis zur Beherrschung des Feuers war auch der Mensch unweigerlich in die Regelkreise seiner Umwelt eingebunden. Mit der kontrollierten Nutzung des Feuers konnten sich Gruppen von Menschen Vorteile verschaffen. Die Besiedlung kälterer Regionen war dauerhaft möglich, Feuer als Schutz vor Fressfeinden half beim Überleben und der Aufschluss von Nahrungsmitteln durch garen förderte die Entwicklung auch hin zu größeren und leistungsfähigeren Gehirnen und war einer der ersten Schritte zur Schaffung einer künstlichen Umwelt.
Bis zu diesem Zeitpunkt musste sich jede Spezies durch Mutationen an sich verändernde Bedingungen anpassen oder untergehen. Nur dem Menschen gelang es mit der Schaffung von Kunstwelten (Wärme und Schutz durch Feuer, Kleidung, Nahrungsaufbereitung und viele mehr) fast ohne biologische Spezialisierung den gesamten Planeten zu besiedeln und in seinem Sinne umzugestalten, bis hin zu den modernen Lebenswelten, die losgelöst von jeder Ökologie mit Unmengen von fossilen Ressourcen als Kunstgebilde auch auf dem Mond stehen könnten.
