Wasserstoff wird oft als saubere Energiequelle der Zukunft gesehen. Mit Photovoltaik, also Solaranlagen, kann man Sonnenlicht in Strom umwandeln und diesen Strom nutzen, um Wasserstoff zu erzeugen. Doch ist das wirklich für Privathaushalte umsetzbar? Diese Frage ist wichtig, besonders im Kontext der Energiewende. Hier erfahren Sie alles zum Thema: “Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik“.
Inhaltsverzeichnis
Kann man Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik?
- Forschung zeigt, dass es möglich ist, Wasserstoff mit Photovoltaik zu Hause zu erzeugen, aber es gibt Herausforderungen wie hohe Kosten und Effizienz.
- Die Technologie ist noch im Entwicklungsstadium, mit Projekten wie dem „Smartes Tankgerät für Wasserstoff“ und kommerziellen Systemen wie Picea.
- Es scheint wahrscheinlich, dass dies in Zukunft für viele Haushalte machbar wird, besonders mit sinkenden Kosten.
Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik – Technologische Grundlagen
Die Methode heißt Elektrolyse: Strom aus Solaranlagen treibt einen Elektrolyseur an, der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Projekte wie das „Smartes Tankgerät für Wasserstoff“ an der Frankfurt University of Applied Sciences zeigen, dass dies technisch machbar ist. Auch das Picea-System von HPS Home Power Solutions ermöglicht dies für den Hausgebrauch.
Herausforderungen und Chancen
Die Kosten sind hoch, und die Effizienz ist noch nicht optimal, da Energieverluste auftreten. Dennoch bietet es Vorteile wie Energiewende und Umweltfreundlichkeit. Mit fortschreitender Forschung könnte dies zukünftig erschwinglicher werden.
Hintergrund und Bedeutung von Wasserstoff
Wasserstoff gilt als vielversprechender Energieträger, insbesondere im Kontext der Energiewende. Er ist das leichteste Element im Universum und kann als Brennstoff verwendet werden, wobei nur Wasser als Nebenprodukt entsteht. Dies macht ihn zu einer sauberen Alternative zu fossilen Brennstoffen. Seine Vielseitigkeit ermöglicht Anwendungen in Brennstoffzellen für Stromerzeugung, Heizung und sogar im Transportsektor, wie in Brennstoffzellenfahrzeugen.
Die Produktion aus erneuerbaren Quellen, vor allem mit Photovoltaik, ist entscheidend, um die CO₂-Emissionen zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Energien zu verringern.
Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik – Technologische Umsetzung mit Photovoltaik
Die Herstellung von Wasserstoff mit Photovoltaik erfolgt hauptsächlich durch Elektrolyse. Hierbei wandeln Solaranlagen Sonnenlicht in Strom um, der dann einen Elektrolyseur antreibt. Dieser spaltet Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O₂). Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, wie alkalische Elektrolyseure mit Nickel-Elektroden oder PEM-Elektrolyseure (Proton Exchange Membrane), die Platin und Iridium verwenden.
Alkalische Systeme sind kostengünstiger, wie im Projekt „Smartes Tankgerät für Wasserstoff“ an der Frankfurt University of Applied Sciences gezeigt, das alkalische Membranen einsetzt.
Weiteres Beispiel: das Picea-System von HPS Home Power Solutions
Ein weiteres Beispiel ist das Picea-System von HPS Home Power Solutions, das speziell für Privathaushalte entwickelt wurde. Dieses System nutzt überschüssigen Solarstrom aus den Sommermonaten, um Wasserstoff zu erzeugen und für den Winter zu speichern, und dient als saisonale Speicherlösung.
Was kam bei dem Projekt heraus?
Ein detailliertes Beispiel ist das oben erwähnte Projekt, das von Professor Enno Wagner geleitet wird und vom hessischen Staat mit 500.000 EUR aus dem LOEWE-Programm gefördert wird, mit einer ersten Phase, die 40.000 EUR vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft erhielt. Dieses Projekt zielt darauf ab, grünen Wasserstoff aus reinem Wasser durch Elektrolyse zu erzeugen, angetrieben von hauseigenen Photovoltaikanlagen.
| Aspekt | Details |
|---|---|
| System Name | Picea |
| Funktion | Nutzt überschüssigen Sommer-Solarstrom für Wasserstoffproduktion und Winterspeicherung via Elektrolyse. |
| Elektrolyseur Leistung | Bis zu 8 kW elektrische Ausgabe aus Batterie, kurzfristig bis 20 kW Spitzenleistung, kann als Inselnetz betrieben werden. |
| Wasserstofftank | Zertifiziert für 300 bar, keine spezielle Gaswarnanlage oder Zwangsbelüftung nötig, 6 mm Edelstahl-Gasleitung, benötigt 3-7 m² Platz, kann in Carport, Anbau oder unterirdisch installiert werden, gesamtes System wiegt ~700 kg. |
| Jährlicher Strombedarf | Entworfen für 3.000 bis 6.000 kWh/Jahr. |
| Solarbatterie | Integriert, aktuell 25 kWh nutzbare Kapazität (Blei-Gel), kann auf Lithium umsteigen, wenn kosteneffektiv, verhindert Tiefentladung für Langlebigkeit. |
| Brennstoffzelle | PEM-Typ, liefert bis zu 1,5 kW, läuft mehr im Winter, nutzt Batterie als Puffer, Wärme über Hausbelüftung genutzt, nahezu geräuschlos. |
| Wasseraufbereitung | Jetzt in das Picea-Gehäuse integriert, vorher separat. |
| Effizienzverbesserungen | Optimiert mit zwei 4 kW-Wechselrichtern (einer für Grundlast, einer Standby für Spitzen), vorher ein ineffizienter 8 kW-Wechselrichter. |
| Sicherheit | Erfüllt alle Produktsicherheitsanforderungen, entwickelt mit externem Wasserstoffexperten, TÜV-zertifizierter Tank. |
| Service | Modulares Design, vorverkabelt, Komponenten durch geschultes Personal austauschbar, inklusive Garantie für Brennstoffzellenstapel-Ersatz. |
| Förderung | Berechtigt für KfW-Programm 433 und regionale Anreize für Speicher oder effiziente Gebäude. |
| Kosten | 54.000 EUR netto. |
| Produktionsstart | Serienproduktion begann im Frühling 2019, Ziel von 100-200 Einheiten/Jahr, 2019 Ziel von 100 Einheiten für den deutschsprachigen Markt. |
| Vertrieb | Erweiterung auf Schweiz und Österreich, zunächst mit Partnern installiert, Ziel Massenmarkt, über 400 Unternehmen kontaktiert. |
| Unternehmen | HPS Home Power Solutions, gegründet 2015, Prototyp 2017, jetzt >50 Mitarbeiter plus 12 Studenten. |
Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik: Herausforderungen und Überlegungen
Trotz der Fortschritte gibt es mehrere Herausforderungen bei der Eigenproduktion von Wasserstoff mit Photovoltaik:
Kosten:
Die Anschaffungskosten für Solaranlagen und Elektrolyseure sind erheblich. Zusätzlich benötigt man spezielle Hochdrucktanks zur sicheren Speicherung von Wasserstoff, was die Gesamtkosten weiter erhöht. Beispielsweise liegt der Preis für das Picea-System bei 54.000 EUR netto, was für viele Haushalte eine hohe Hürde darstellt.
Effizienz:
Der Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom und dann in Wasserstoff ist nicht sehr effizient. Energieverluste treten bei jeder Umwandlungsschritt auf, was die Gesamteffizienz senkt. Forschung zeigt, dass die Solar-to-Hydrogen (STH)-Effizienz bei aktuellen Systemen oft unter 20% liegt, obwohl neue Entwicklungen wie die im Nature Energy-Artikel beschriebene kW-Skala-Anlage Effizienzen über 20 % erreichen.
Sicherheit:
Wasserstoff ist hochentzündlich, was besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Speicherung und Handhabung erfordert. Systeme wie Picea sind TÜV-zertifiziert und erfüllen Sicherheitsanforderungen, aber die Handhabung erfordert Schulung und Vorsicht.
Skalierbarkeit:
Um ausreichend Wasserstoff für bedeutende Anwendungen wie das Betanken eines Autos zu erzeugen, benötigt man eine große Solaranlage und ein entsprechendes Speichersystem. Dies könnte den Platz und die Investitionen erheblich erhöhen, besonders in Regionen mit weniger Sonneneinstrahlung.
Was sind die Vorteile und wie ist Umweltbelastung?
Trotz dieser Herausforderungen gibt es klare Vorteile:
Energiewende:
Die Eigenproduktion von Wasserstoff reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und dem Stromnetz, was zu mehr Energieautarkie führt.
Umweltfreundlichkeit:
Mit erneuerbarer Energie produzierter Wasserstoff verursacht keine CO₂-Emissionen, was einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leistet.
Vielseitigkeit:
Wasserstoff kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, von der Heizung über die Stromerzeugung bis hin zur Nutzung in Brennstoffzellenfahrzeugen. Dies macht ihn zu einem flexiblen Energieträger, der in verschiedenen Sektoren eingesetzt werden kann.
Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik – Zukunftsaussichten
Mit fortschreitender Forschung und Entwicklung könnte die Eigenproduktion von Wasserstoff mit Photovoltaik üblicher werden. Denn die Kosten könnten sinken, und die Effizienz könnte steigen, was die Technologie für mehr Haushalte zugänglich macht. Besonders in sonnenreichen Regionen könnte dies ein Standardbestandteil von Haushaltsenergiesystemen werden.
Dennoch wird es Zeit und Investitionen erfordern, um die aktuellen Herausforderungen zu überwinden und die Technologie breit zu etablieren.
Schlussfolgerung:
Ja, man kann Wasserstoff selbst mit Photovoltaik herstellen. Es ist technisch machbar und wird bereits in Pilotprojekten und kommerziellen Systemen umgesetzt, wie dem „Smartes Tankgerät für Wasserstoff“ und dem Picea-System. Doch es gibt noch Herausforderungen wie hohe Kosten, Effizienzverluste und Sicherheitsbedenken.
Mit zunehmender Forschung und Entwicklung könnte diese Technologie jedoch ein wichtiger Bestandteil der energieautarken Haushalte der Zukunft werden, insbesondere in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung.
FAQ – Häufig gestellte Fragen zu: “Wasserstoff selber herstellen mit Photovoltaik”
Ist es möglich, Wasserstoff selbst zu produzieren?
Ja, das ist möglich, denn mit einem Elektrolyseur können Sie Wasserstoff direkt aus Wasser gewinnen. Vorausgesetzt, Sie haben Zugang zu Strom – idealerweise aus einer eigenen Photovoltaikanlage.
Was kostet eine Wasserstoffanlage für zu Hause?
Eine kleine Wasserstoffanlage für den Heimgebrauch kostet zwischen 8.000 und 20.000 Euro, je nach Leistung und Ausstattung. Da auch der Elektrolyseur, die Speicherlösung und das Sicherheitskonzept dazugehören, steigen die Gesamtkosten oft deutlich.
Wie viel kW braucht man für 1 kg Wasserstoff?
Für die Herstellung von 1 kg Wasserstoff benötigen Sie rund 50 kWh Strom, wobei moderne Elektrolyseure effizienter arbeiten. Wenn Sie Sonnenstrom nutzen, können Sie diese Energie jedoch kostenfrei erzeugen.
Kann man mit Photovoltaik Wasserstoff produzieren?
Ja, denn mit einer PV-Anlage können Sie den benötigten Strom für die Elektrolyse selbst erzeugen. So wird Ihre Wasserstoffproduktion nicht nur klimafreundlich, sondern auch wirtschaftlicher.
Was kostet 1 kg Wasserstoff in der Herstellung?
Die Herstellungskosten liegen je nach Stromquelle und Technik bei etwa 5 bis 10 Euro pro Kilogramm. Nutzen Sie Ihren eigenen Solarstrom, senken Sie die Kosten erheblich.
Was benötige ich, um Wasserstoff herzustellen?
Sie brauchen einen Elektrolyseur, eine Wasserquelle sowie Strom – am besten aus erneuerbarer Energie. Außerdem sind ein Wasserstoffspeicher und ein Sicherheitskonzept erforderlich.
Wie viel Wasser wird für die Herstellung von 1 kg Wasserstoff benötigt?
Für 1 kg Wasserstoff benötigen Sie etwa 9 Liter reines Wasser. Da jedoch auch Verluste auftreten, sollten Sie mit rund 10 Litern rechnen.
Wie kann man Wasserstoff selbst herstellen?
Man stellt Wasserstoff her, indem man Wasser per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Dafür braucht es nur Strom, Wasser und die passende Technik.
Wie viel kostet Wasserstoff pro 100 km?
Im Auto verbrauchen Sie rund 1 kg Wasserstoff für 100 km, was etwa 10 bis 15 Euro an der Tankstelle kostet. Wenn Sie selbst produzieren, können Sie die Kosten deutlich senken.
Wie weit fährt man mit 1 Liter Wasserstoff?
Mit 1 Liter gasförmigem Wasserstoff kommen Sie nur wenige hundert Meter weit, da die Energiedichte gering ist. Erst unter Druck oder in flüssiger Form wird Wasserstoff als Treibstoff effizient.
Wie viel kostet ein Elektrolyseur?
Kleine Elektrolyseure für den Heimgebrauch starten bei etwa 5.000 Euro, doch professionelle Geräte kosten schnell über 15.000 Euro. Die Preise hängen stark von Leistung und Ausstattung ab.
Was kostet 1 Liter Wasserstoff an der Tankstelle?
Ein Liter gasförmiger Wasserstoff kostet etwa 1 bis 1,50 Euro, abhängig vom Anbieter und dem Druckniveau. Für 1 kg zahlen Sie derzeit durchschnittlich 10 bis 12 Euro.
Kann ich meinen Wasserstoffspeicher selbst installieren?
Nein, das ist nicht erlaubt, denn der Umgang mit Wasserstoff unterliegt strengen Sicherheitsvorschriften. Nur Fachfirmen mit entsprechender Zulassung dürfen Speicher installieren.
Lohnt sich Wasserstoff aus Photovoltaik wirtschaftlich?
Langfristig ja, denn durch die Kombination von Sonnenstrom und Elektrolyse sinken Ihre Betriebskosten. Außerdem steigern Sie Ihre Energieunabhängigkeit deutlich.
Gibt es eine Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage für zu Hause?
Ja, es gibt mittlerweile kompakte Elektrolyseure, die speziell für den privaten Einsatz entwickelt wurden. Diese Anlagen arbeiten meist mit Solarstrom und ermöglichen eine dezentrale Wasserstoffproduktion direkt vor Ort.
Wo kann ich eine Wasserstoff Elektrolyse-Anlage kaufen?
Es gibt mehrere Anbieter, bei denen Sie eine Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage für den Heimgebrauch erwerben können. Diese Systeme ermöglichen es Ihnen, überschüssigen Solarstrom in Wasserstoff umzuwandeln und diesen für späteren Gebrauch zu speichern.
Wie hoch sind die Wasserstoff-Hausanlage-Kosten?
Die Kosten für eine Wasserstoffanlage im Haus beginnen bei etwa 30.000 Euro und können je nach Systemgröße, Ausstattung und Einbindung bis zu 100.000 Euro betragen. Da Photovoltaik, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Energiemanagement integriert werden müssen, steigen die Investitionskosten schnell – doch langfristig sparen Sie Stromkosten und gewinnen Autarkie.
