Wir beobachten auch in unserer unmittelbaren Umgebung die rasante Veränderung unserer Umwelt. Untrügliche Zeichen sind einerseits die Zunahme von Dürreperioden und andererseits Starkregen mit teilweise verheerenden Folgen sowie ein Rückgang der Artenvielfalt. In den vor uns liegenden Jahrzehnten kommen aufgrund des dramatischen Klimawandels und der angespannten ökologischen Situation auf die Menschen gewaltige Veränderungen zu.
Im Rahmen der Ablösung von fossilen Energieträgern wird der zukünftige Einsatz von molekularem Wasserstoff geplant und bereits im begrenzten Umfang in sogenannten Microgrids praktiziert. Dabei stehen verschiedene Fragestellungen im Raum. Hierzu zählt beispielhaft das thermodynamische Verhalten des Gases Wasserstoff (H2) unter den herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen.
Der Nachteil der statischen Wirtschaftlichkeitsrechnung, die Vernachlässigung der zeitlichen Verteilung der Ausgaben (Investitionen, Kosten) und Einnahmen (Erlöse) wird durch die Methode der dynamischen Wirtschaftlichkeitsrechnung vermieden. Im Mittelpunkt der nachfolgenden Betrachtungen steht der Kapitalwert oder Nettobarwert einer Investition.
Der Koalitionsvertrag der im Dezember 2021 gebildeten Bundesregierung enthält an verschiedenen Stellen Aussagen zur zukünftigen deutschen Wasserstoffstrategie, die Hoffnung auf ein rasches Hochlaufen der Wasserstoffwirtschaft machen. So finden sich dort unter anderem folgende Passagen „Wir setzen uns für die Gründung einer Europäischen Union für grünen Wasserstoff ein.
In der öffentlichen Diskussion über die zukünftige Wasserstofferzeugung wird ein Farbenkatalog bemüht, um auf einfache Art und Weise die verschiedenen Erzeugungsmethoden gegeneinander abzugrenzen. So steht der graue Wasserstoff für das Reforming-Verfahren und der blaue Wasserstoff für eine Kombination aus Erzeugung mit Reforming und der Speicherung der freigesetzten Kohlendioxidmengen untertage. Der grüne Wasserstoff steht gemeinhin für das elektrolytische Verfahren unter Einbeziehung von regenerativ erzeugtem Strom. Die Methoden aus Biomasse Wasserstoff zu generieren, werden ebenfalls dem grünen Wasserstoff zugerechnet. Darüber hinaus gibt es weitere farbliche Vereinfachungen.
In der zukünftigen Wasserstoffwelt muss das Gros der Wasserstoffmengen über Pipelines transportiert werden. Der Transport kleinerer Mengen über Straßen oder über den Wasserweg geschieht dort, wo es keine Leitungen gibt. Eine erste Vorstellung eines Wasserstofftransportnetzes mit einer Gesamtlänge von etwa 5900 km zeigt der Netzentwicklungsplan NEP 2020 – 2030 der Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber Gas (2020) in Bild 6.1.
Der Verdichter oder Kompressor als klassische Energiewandlungsmaschine oder Fluidenergiemaschine, mit dem Wasserstoff auf ein höheres Druckniveau gebracht wird, ist eine Verdrängungsmaschine oder eine Strömungsmaschine.
Der Radialverdichter, eine klassische Strömungsmaschine, wird bereits im Abschnitt 6.2 beschrieben.
Die Abkühlung von technischen Gasen bis zum Erreichen der Siedelinie ist eine Maßnahme, um das Volumen zu verringern und so auf möglichst kleinstem Raum eine große Energiemenge speichern zu können. So wird Erdgas bei etwa –162 °C abgekühlt und verflüssigt und als Liquid Natural Gas LNG in speziell ausgerüsteten Tankschiffen über alle Meere verschifft.
Wasserstoff hat aufgrund seiner Speicherfähigkeit die Möglichkeit, die Verbindung zwischen verschiedenen Sektoren herzustellen. Die hierfür erforderlichen Speichertypen können völlig unterschiedlich in ihrer Größe, ihrer örtlichen Lage und ihrer Beschaffenheit sein. Speicher für Wasserstoff sind beispielsweise Tanks in Fahrzeugen, unterirdische Salzkavernen und Metallhydridstrukturen. Die Aufgaben 45 bis 49 behandeln Fragen aus dem sehr heterogenen Feld der Wasserstoffspeicher.
In den Aufgaben 50 bis 56 werden unterschiedliche Fragestellungen aus dem Bereich der Wasserstoffanwendung behandelt. Dabei werden Formeln und Tabellen aus anderen Abschnitten des Buches herangezogen.
