Wasserstoffspeicher: Kosten und Einsatz für Haus & Industrie

Geht es um eine nachhaltige Energieversorgung, spielen Sonnen-, Wind- und Wasserkraftwerke eine immer größere Rolle. Denn sie machen regenerative Energiequellen CO2-frei nutzbar. Das einzige Problem: Die Sonne scheint nicht immer und auch der Wind weht selten durchgehend. Im Kleinen wie im Großen sind daher effiziente Speichertechnologien gefragt. Besonders interessant in diesem Zusammenhang sind Wasserstoffspeicher für Haus und Industrie. Die Anlagen nutzen überschüssige elektrische Energie, um Wasserstoff (H2) zu erzeugen, der sich zeitversetzt in Wärme und Strom umwandeln lässt.

✅ Aktualisiert am 03.01.2022

Angebot Wasserstoff-Gasflaschenbündel

Die Themen im Überblick

Experten handeln Wasserstoff als Energieträger der Zukunft

Die heutige Energieversorgung basiert zu großen Teilen auf fossilen Rohstoffen, die viel CO2 emittieren und nicht unendlich verfügbar sind. Wasserstoff könnte hier eine Alternative darstellen. Denn der Energieträger ist in nahezu allen organischen Verbindungen der Erde enthalten. Er geht nicht zur Neige, lässt sich CO2-frei herstellen und ohne schädliche Emissionen verwenden. Einsetzbar ist Wasserstoffgas dabei nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch im Bereich Wärme, Mobilität oder in zahlreichen industriellen Prozessen.

Wasserstoff LKW an Wasserstofftankstelle

Der große Vorteil liegt aber darin, dass sich der Energieträger in Wasserstofftanks auch über längere Zeiträume verlustarm bevorraten lässt. Genau wie Flüssiggas oder Heizöl ist die eingelagerte Energie sogar transportabel und leitungsungebunden nutzbar. All das sind Gründe, aus denen Experten Wasserstoff als Energieträger der Zukunft handeln. Und weit entfernt ist diese nicht mehr, da die erforderlichen Technologien zur H2-Nutzung bereits am Markt verfügbar sind. So können Gewerbebetriebe und sogar Hausbesitzer Brennstoffzellenheizungen, Elektrolyseure und Wasserstoffspeicher kaufen, um sich zumindest teilweise autark zu versorgen.

Autarke Versorgung mit Photovoltaik und Wasserstoffspeicher

Wer auf den Energieträger der Zukunft setzen und sich weitestgehend unabhängig und emissionsfrei versorgen möchte, benötigt neben dem Wasserstoffspeicher auch eine Photovoltaikanlage, einen Elektrolyseur sowie eine Brennstoffzelle. Ein kleiner Batteriespeicher rundet das System ab, um kontinuierlich effizient für Strom zu sorgen.

Photovoltaikanlage erntet Solarstrom vom Dach

Die Sonne liefert deutlich mehr Energie als wir je verbrauchen könnten und mit der Photovoltaik ist es möglich, dieses Angebot anzuzapfen. Dazu nötig sind mit Solarzellen bestückte Module (auch Paneele oder Panels), die Strahlungsenergie in Gleichstrom umwandeln. Während Haushalte, Gewerbe- und Industriebetriebe ein Teil des Stroms direkt selbst verbrauchen, geht ein anderer direkt in den Strom- oder indirekt in den Wasserstoffspeicher.

Elektrolyseure erzeugen Wasserstoffgas vor Ort

Ein Elektrolyseur nutzt den überschüssigen Strom der Photovoltaikanlage, um aufbereitetes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während das Sauerstoffgas in die Atmosphäre entweicht, lässt sich das Wasserstoffgas bevorraten und zeitversetzt zurück in Strom und Wärme umwandeln.

Wasserstoffspeicher nimmt den Energieträger auf

Das im Elektrolyseur entstehende Wasserstoffgas lässt sich in speziellen Wasserstoffspeichern bevorraten. Möglich ist das beispielsweise unter hohem Druck, tiefkalt verflüssigt oder gebunden an metallische Verbindungen. Abhängig von der Art des Wasserstoffspeichers ist es sogar möglich, den Energieträger zu transportieren und in verschiedensten Bereichen zu verwenden, etwa im Wasserstoffauto oder im H2-LKW.

Technische Anlagen nutzen die gespeicherte Energie

Geht es darum, die eingelagerte Energie wieder nutzbar zu machen, kommen beispielsweise Brennstoffzellen, Wasserstoffheizungen oder Wasserstoff BHKWs und Motoren für die Wasserstoffverbrennung zum Einsatz. Brennstoffzellen, die auch als stromerzeugende Heizungen erhältlich sind, machen die Elektrolyse dabei rückgängig. Sie lassen Wasserstoff und Sauerstoff unter kontrollierten Bedingungen reagieren, wobei Strom und Wärme entsteht. Wasserstoffheizungen, BHKW und Motoren verbrennen hingegen das Gas, um die chemische Energie in thermische oder mechanische Energie umzuwandeln.

Alternative: Wasserstoff aus Afrika und Australien

Das beschriebene System aus Photovoltaik, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle eignet sich zur dezentralen Versorgung von Haushalten und Industrieanlagen. Geht es darum, die Energiewirtschaft komplett auf den nachhaltigen Energieträger umzustellen, sind zusätzliche Quellen erforderlich. Grüner Wasserstoff kommt dann beispielsweise aus großen Solaranlagen in Afrika oder Australien. Er entsteht ähnlich wie hier beschrieben und lässt sich in großen Wasserstoffspeichern über die ganze Welt transportieren. Verbraucher in Deutschland können das energiereiche Gas dann genauso einfach wie Flüssiggas nutzen. Dazu bekommen sie einen Wasserstoffspeicher, den LKWs regelmäßig betanken.

Wasserstoff übers Gasnetz denkbar

Neben der leitungsungebundenen Verwendung ist auch die Verteilung von Wasserstoff über ein eigenes oder über das Gasnetz denkbar. Wie gut das funktioniert, prüfen Wissenschaftler und Hersteller aktuell in zahlreichen Reallaboren und Forschungsprojekten. Aber auch konkrete Projekte wie die wasserstoffbasierte Energieversorgung eines Quartiers in Esslingen sind im Entstehen.

Diese Arten der Wasserstoffspeicher sind verfügbar

Abhängig vom Einsatzgebiet ist Wasserstoff in unterschiedlichen Speichern zu bevorraten. Grundsätzlich sind dabei Druckspeicher, Flüssigkeitsspeicher und Speicher mit Trägermaterialien zu unterscheiden, wie die folgende Übersicht zeigt.

Drucktanks zum Bevorraten von Wasserstoffgas

Eine Möglichkeit, Wasserstoff platzsparend in großen Mengen zu bevorraten, bieten sogenannte Drucktanks. Bekannt sind beispielsweise Gasflaschen oder Wasserstoffbündel, die Druckwerten von 200 bis 300 bar standhalten. Wasserstofftanks für Fahrzeuge sind heute bereits dazu imstande, 700 bis 800 bar auszuhalten, um auf kleinstem Raum möglichst viel Gas einlagern zu können. Nachteilig ist jedoch, dass die Materialien besonders stabil und die Wasserstoffspeicher dadurch sehr schwer sind. Während sich die Technologie damit zur lokalen Bevorratung eignet, ist der Transport von komprimiertem Wasserstoff aufwendig und teuer.
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Wasserstofftanks für tiefkalt verflüssigtes Gas

Um das Gas platzsparend zu bevorraten, sind nicht immer hohe Druckwerte erforderlich. Denn auch die Kühlung sorgt dafür, dass das Volumen stark abnimmt. Bringen Anlagen das Gas auf unter -253 °C, geht es in den flüssigen Aggregatzustand über. Es lässt sich in superisolierten Wasserstoffspeichern bevorraten, zeitversetzt nutzen oder sogar transportieren. Nachteilig sind hier allerdings zwei Punkte: Einerseits ist die tiefkalte Verflüssigung energieaufwendig, andererseits verdampft immer ein gewisser Teil des Gases. Die sogenannten Boil-Off-Verluste kosten Energie und sorgen dafür, dass sich die Speicher nicht in jeder Umgebung problemlos einsetzen lassen. Im Gegensatz zu Fahrzeugtanks stellen Großtanks für tiefkalt verflüssigte Gase mit regelmäßiger Entnahme hier nahezu keine Probleme dar.

Theoretisch ist es auch möglich, tiefkalte und unter hohem Druck stehende Wasserstoffspeicher zu verwenden. Die sogenannte transkritische Speicherung ist zwar platzsparend, vereint dafür aber die Nachteile von Druck- und Flüssiggasspeichern (stabil, schwer, superisoliert).

Wasserstoffspeicher mit Trägermaterialien

Eine Alternative zu Druck- und Flüssigkeitsspeichern sind Wasserstoffspeicher, die auf diverse feste oder flüssige Trägermaterialien setzen. Ein Beispiel dafür sind Metallhydridspeicher, bei denen der Energieträger mit einem spröden Metall reagiert. Es entsteht ein festes Metall, das Wasserstoff auch bei Raumtemperaturen nicht entweichen lässt. Die Entladung funktioniert dann mithilfe von thermischer Energie. Heizen Anlagen den Speicher auf, löst sich die Bindung und Wasserstoffgas tritt aus.

Infrage kommen auch Speichersysteme mit flüssigen Trägermaterialien wie Ammoniak oder organischen Verbindungen, sogenannten liquid organic hydrogen carriers (LOHC). Vor allem Letztere haben den Vorteil, dass sie den Energieträger bei Raumtemperaturen in flüssiger Form bevorraten und dadurch ähnlich wie Heizöl einfach zu transportieren und zu verwenden sind.

Wasserstoffspeicher kaufen: Kosten sinken zunehmend

Passend zum gewünschten Einsatzzweck beziehungsweise -ort können private Verbraucher oder Anlagenbetreiber bereits heute Wasserstoffspeicher kaufen. Während in großen Anlagen mit hohem Bedarf Tanks für tiefkalt verflüssigte Gase zum Einsatz kommen, eignen sich in Gewerbebetrieben und Quartieren auch Drucktanks wie Gasflaschenbündel. Letztere kommen ebenso in privaten Haushalten zum Einsatz, werden in Zukunft aber auch von Speichern mit Trägermaterialien ergänzt.

Derartige Wasserstoffanlagen, bestehend aus Wasserstoffspeicher, Elektrolyseur und Brennstoffzelle kosten im Januar 2022 je nach Auslegung etwa 85.000 – 120.000 Euro.

Mit Hilfe von Fördermitteln, unter anderem dem bundesweit verfügbaren KfW 433, lassen sich diese auf circa 70.000 – 105.000 Euro senken. Diese Preise gelten allerdings nur für die Speichertechnologie, Kosten für eine entsprechend dimensionierte Photovoltaikanlage für den regenerativen Strom sind in diesem Preis noch nicht eingerechnet.

Im Laufe des Jahres 2022 sollen voraussichtlich auch erstmals Komplettsysteme mit Metallhydridspeicher auf den Markt kommen. Die Kosten liegen anfangs bei über 80.000 Euro, sollen aber in den kommenden Jahren sinken. Günstiger sind Druckspeicher wie Gasflaschenbündel, die vollgefüllt zwischen 800 und 4.000 Euro kosten – entscheidend sind dabei Gasqualität und Druck. Kostenintensiver sind Gastanks für tiefkalt verflüssigte Gase. Genau wie Bündel gibt es diese samt Zubehör und Service allerdings auch zum Mieten.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich heute schon Wasserstoffspeicher kaufen?

Ja, Druckspeicher für Haushalt, Gewerbe und Fahrzeuge sind erprobt und am Markt erhältlich. Geht es um Großanlagen für die Industrie, bieten Händler auch Großtanks für die Versorgung mit verflüssigten Gasen an. Speichersysteme mit Trägermaterialien wie Metallhydridspeicher sind für den breiten Einsatz noch in der Entwicklung, stehen allerdings kurz vor der Marktreife.

Ist die teilautarke Versorgung mit Photovoltaik möglich?

Ja, die Versorgung mit Photovoltaik, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle ist möglich. Die dafür nötigen Komponenten sind am Markt erhältlich und in realen Projekten im Einsatz. Durch die geringen Stückzahlen in der Produktion der jungen Technik sind die Kosten aktuell allerdings noch relativ hoch. Beantragt man die entsprechenden Fördermittel ist mit Kosten von 70.000 – 105.000 Euro zu rechnen, dazu kommen noch die Kosten der Photovoltaik.

Muss ich Wasserstoffgas selbst herstellen?

Nein, die Versorgung über Anbieter von technischen Gasen ist ebenso möglich. Der Energieträger lässt sich auf diese Weise leitungsungebunden beziehen und verwenden. In Zukunft soll vor allem grüner Wasserstoff vertrieben werden. Dieser stammt aus Solar- oder Windkraftwerken und ist CO2-frei herstellbar.

Ist die Verwendung von Wasserstoff gefährlich?

Alle Komponenten der Energiesysteme erfüllen höchste Sicherheitsanforderungen, sodass Gefahren minimal sind. Dafür sprechen zahlreiche bereits installierte Wasserstoffheizungen, Brennstoffzellen sowie PKWs, LKWs und Busse, die mit dem Energieträger fahren.

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