Der Wunsch nach Autarkie beschert Herstellern von Wasserstoffspeichern für Private einen Aufschwung

Auch im Eigenheim lässt sich mit Wind- oder Sonnenenergie eigener Wasserstoff als Energieträger herstellen. Bis anhin ist der Wunsch nach Autarkie teuer. Aber neue Technik könnte das ändern.

© Bereitgestellt von Neue Zürcher Zeitung Solarzellen auf dem Dach eines Bauernhauses in Hohentengen am Rhein, Deutschland. Martin Ruetschi / Keystone

«Wasserstoff ist die Zukunft», betont Walter Schmid immer wieder. Der Stiftungsratspräsident der Umwelt-Arena in Spreitenbach hat das erste energieautarke Mehrfamilienhaus der Schweiz mitinitiiert. Die Bewohner – neun Familien, die in einem Casting ausgewählt wurden – produzieren in diesem Haus seit fünf Jahren ihren eigenen Wasserstoff. Dabei werden sommerliche Energieüberschüsse für die kalten Tage im Jahr gespeichert; im Winter wird aus dem eingelagerten Wasserstoff Energie gewonnen. Seit dem Erstbezug des Brüttener Hauses im Sommer 2016 sind andernorts ähnliche Häuser entstanden. Sogar Serieneinbauten werden mittlerweile kommerziell angeboten. Was aber ist die Motivation dafür, das eigene Haus unabhängig von städtischen oder kommunalen Versorgern für Strom und Wärme zu betreiben? Und was brauchte es, damit die Idee in noch weitaus grösserem Umfang Schule macht?

Wasserstoff ist in Brütten nur ein Teil eines ausgeklügelten, auf Effizienz getrimmten Systems. Im Haus wird Energie aus Abwärme und Abluft gesammelt und in verschiedenen Speichern gelagert. Was über den Sommer an überschüssigem Sonnenstrom anfällt, wird mit einem Elektrolyseur in Wasserstoff umgewandelt. Im Winter kehren die Bewohner den Prozess um und machen aus dem Wasserstoff wieder Strom und Wärme. Dies geschieht in Brennstoffzellen. An rund 25 Tagen im Jahr, üblicherweise im Dezember und Januar, kommt die in Form von Wasserstoff gebunkerte Energie zum Einsatz.

Die ganze Technologie mit Elektrolyseur, Brennstoffzellen und Tank braucht viel Platz. Und so sieht es im Keller des Mehrfamilienhauses aus wie in einer Chemieanlage. Dafür benötigen die neun Familien Leitungen weder zum öffentlichen Strom- noch zum Gasnetz. Holz oder andere Brennstoffe gibt es auch nicht. Fällt allerdings einmal eine Komponente aus, dann muss ein Tankwagen her und muss die Reserven auffüllen – allerdings mit Wasserstoff, nicht wie andernorts mit Heizöl.

Das grösste Problem ist der Speicher

Einer der kostenintensivsten Bausteine zur energetischen Autarkie sei der Wasserstofftank im oder nahe am Gebäude, sagt Walter Schmid. In Brütten haben sie zwei riesige grüne Stahltanks, jeweils so gross wie ein Schwertwal, knapp unter der Erdoberfläche vergraben. Doch nicht nur die Kosten sind hoch, auch komplizierte Vorschriften sorgen dafür, dass das Brüttener Projekt bis anhin das einzige Wohnhaus mit einem so grossen Speicher ist. Die gesetzlichen Anforderungen für die beiden Drucktanks für 30 Bar zu erfüllen, sei an und für sich schon eine Pionierleistung gewesen, sagt auch der Architekt René Schmid.

Einfacher zu lösen ist das Problem bei Ein- oder Zweifamilienhäusern, bei denen weniger grosse Speichermengen ausreichen. Und so lagern in den ersten Häusern in Deutschland, die ebenfalls auf eigenen Wasserstoff setzen, im Carport oder neben Gartengerät und Blumentöpfen zahlreiche weisse Gasflaschen. Auf diese etablierte Technik setzt die Firma Home Power Solutions (HPS) in Berlin, die laut eigenen Aussagen schon über 20 Privathäuser mit entsprechenden Serieneinbauten ausgestattet hat. In der Schweiz sollen im Lauf dieses Jahres zwei Pilotanlagen entstehen.

Das Interesse an Autarkie sei gross, sagt der Geschäftsführer von HPS, Zeyad Abul-Ella. Picea, so heisst das Produkt der Berliner, liefert im Wesentlichen elektrische Unabhängigkeit. Der Wasserstoffspeicher besteht bei diesem System aus einem handelsüblichen Gasflaschenbündel, in dem 16 Stahlflaschen mit einem Druck von 300 Bar zusammengeschlossen sind. Das Herz der Wasserstoffproduktion sieht aus wie ein grosser Kühlschrank, in dem übereinander Elektrolyseur, Batterie, Kompressor und Brennstoffzelle untergebracht sind. Das ganze System passt auf drei Quadratmeter Fläche und kostet zwischen 70 000 und 100 000 Euro.

Ein vergleichbares Konzept, das am Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung (IAP) entsteht, hat bis anhin noch kein Preisschild. Auch sie beobachteten vermehrt den Wunsch, energieautark zu werden, so Holger Seidlitz, der das Konzept zusammen mit Partnern aus der Industrie entwickelt. Allerdings setzen sie auf Wind- statt Sonnenstrom. Und der erzeugte Wasserstoff soll nicht nur für die Stromversorgung, sondern auch für die Mobilität genutzt werden. Ein Kernstück des Konzeptes ist ein neuartiger Wasserstofftank aus Carbonfasern für bis zu 350 Bar, den die Forscher gleich in zwei Grössen entwickeln. Einen fürs Haus und einen so handlich und klein wie ein Feuerlöscher. Wer ein Wasserstoffauto besitzt, kann dieses somit direkt zu Hause betanken.

Auch andernorts wird an neuen Speicheralternativen getüftelt. Etwa an der ETH Lausanne, wo der Materialforscher Andreas Züttel zusammen mit dem Spin-off GRZ Technologies Metallhydride aus Zirkon und Mangan erforscht. Das Metallhydrid nimmt Wasserstoff bei Raumtemperatur wie ein Schwamm auf und speichert das Gas in seinen Zwischenräumen. Da dazu keine hohen Drücke notwendig sind, fällt auch der geräuschintensive Kompressor weg. Wird das Gas gebraucht, muss es durch Wärmezufuhr aus dem Metallhydrid gelöst werden.

Wasserstoffspeicher aus Metallhydriden sind punkto Grösse mit einer Gefriertruhe vergleichbar, können dabei aber flach auf dem Boden liegen oder in die Hauswand integriert werden. Punkto Kosten gibt es derzeit nur nebulöse Angaben. Mit «einer fünfstelligen Summe» werde der Speicher zu Buche schlagen, heisst es in diversen Medienberichten. Auch Züttel will das Thema Mobilität mit der Energieversorgung des Eigenheims verbinden. Seine Vision: Ein privat betriebenes Wasserstoff-Tankstellen-Netz, mit dem Brennstoffzellenautos eine neue Perspektive bekämen.

© Bereitgestellt von Neue Zürcher Zeitung Ein Tankwagen wird mit Wasserstoff beladen. Die ;Eniwa AG betreibt im Aargau eine Wasserstoffproduktionsanlage; die Energie dafür liefert das gleichnamige Wasserkraftwerk. Christian Beutler / Keystone

Gut für geringeren Kohlendioxidausstoss?

Dabei ist noch nicht geklärt, ob derartige Minikraftwerke im privaten Keller einen sinnvollen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Zwar funktionierten die Systeme mit Wasserstoffspeicher, Elektrolyseur und Brennstoffzelle technisch auch im kleinen Massstab, sagt Tom Smolinka, Abteilungsleiter für chemische Energiespeicherung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg. Dennoch handle es sich dabei um «eine eher aufwendige Lösung für Menschen, denen die Energieautarkie im eigenen Heim sehr wichtig ist». In Ländern mit guter Netzinfrastruktur wie Deutschland oder der Schweiz hält er sie für unnötig und kostspielig. Man müsse sein Haus nicht komplett energieautark gestalten, um den eigenen CO2-Ausstoss zu senken, betont Smolinka. Dringlicher sei es, in Industrie und Verkehr regenerativ erzeugten Wasserstoff zu verwenden. Damit könne der CO2-Ausstoss wirksamer gesenkt werden.

Demgegenüber sieht Thomas Hannappel von der TU Ilmenau schon einen Sinn in Wasserstoff für das Eigenheim – jedenfalls auf lange Sicht. Er denkt allerdings weiter in die Zukunft. Hannappel forscht an der künstlichen Fotosynthese, bei der Wasserstoff direkt mit Sonnenlicht erzeugt wird. Er kopiert damit das, was in der Natur Pflanzen tun: die direkte Zerlegung von Wasser in seine Bestandteile mit Sonnenlicht. Diesem Prozess nachempfundene «Fotosynthese-Solarzellen» stellen folglich keinen elektrischen Strom her, sondern direkt Wasserstoff. Die Vorteile liegen auf der Hand: Es wäre kein Elektrolyseur mehr notwendig, und die Technologie wäre rasch skalierbar.

Allein: Es gibt sie noch nicht. Zwar hält Hannappel diesbezüglich den Weltrekord; im Labor gelang es ihm, eine Fotosynthesezelle mit einem Wirkungsgrad von knapp 20 Prozent zu betreiben. Bis diese künstlichen Blätter aber marktfähig werden, dürften noch Jahrzehnte vergehen. Derzeit heisst es, es solle in fünf Jahren einen ersten Demonstrator geben.

Und so ist, dem grossen Interesse an Unabhängigkeit von den städtischen Versorgern zum Trotz, die eigene Wasserstoffanlage nach wie vor ein Nischenprodukt. Dies nicht zuletzt wegen der hohen Kosten. «Da müssen sie schon Freude daran haben, diese Investitionen zu tätigen», betont Schmidt, der Architekt des Brüttener Mehrfamilienhauses. Zwei energieautarke Häuser in Männedorf und Leimbach, die nach jenem in Brütten entstanden, hat er ohne privates Wasserstoffkraftwerk gestaltet. Stattdessen wird der überschüssige Solarstrom dieser Häuser von einer externen Firma für die Wasserstoffproduktion genutzt und dabei gleich in Methan umwandelt. Das spare Kosten, weil der Betrieb der grösseren Anlagen ökonomischer sei, resümiert er.

Somit erscheint es heute unwahrscheinlich, dass Privathäuser in Zukunft nennenswert Wasserstoff produzieren. Dafür boomt die Nachfrage nach grosstechnischen Wasserstoffanlagen. Weltweit soll sich der Bedarf bis 2050 fast verzehnfachen. Erdgasnetze sollen bald bis zu 30 Prozent Wasserstoff transportieren, Heizungsbauer machen ihre Geräte für Brennstoffzellen tauglich. Und im Zuge dieser Entwicklung werden sicherlich auch private Minikraftwerke profitieren.

© Bereitgestellt von Neue Zürcher Zeitung «Kraftwerk B» – so heisst das erste Mehrfamilienhaus der Schweiz, das mehr Energie produziert, als es verbraucht. ;Es steht in Bennau bei Einsiedeln. Die Fassade ist mit 150 Quadratmetern Solarkollektoren bedeckt, die der Wärmegewinnung dienen. Eine 217 Quadratmeter grosse Photovoltaik-Anlage auf dem Dach produziert Strom. Gaetan Bally / Keystone

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