Grüner Wasserstoff - Geballte Kompetenzen

Die Abkehr von fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas steht in Deutschland an, wenn wir das 1,5 – bzw. 2-Grad Ziel des Pariser Abkommens einhalten wollen. Und das ist dringend notwendig, wenn wir unseren Beitrag zur Verlangsamung des Klimawandels leisten wollen. Zudem werden Fragen der Versorgungssicherheit im Energiesektor zunehmend wichtiger, die eine Abkehr von Energieträgern wie Gas fordern.

Es ist essentiell, dass die Umstellung von fossilen Energieträgern zu erneuerbaren Energiequellen beschleunigt wird. Die Erzeugung von Strom aus Wind-, Solar- und Hydroenergie leistet hier bereits einen ersten wichtigen Beitrag. Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien sind Energiespeichersysteme essentiell, um mit den volatilen Quellen eine kontinuierliche und sichere Stromversorgung garantieren.  Grüner Wasserstoff als Energieträger kann genau diese Lücke füllen, da er eine Speicherung und den Transport von Energie aus erneuerbaren Quellen ermöglicht.

Zudem muss die Energiewende noch über den Strom-Sektor hinaus vorangetrieben werden. Hierbei kann grüner Wasserstoff eine Schlüsselrolle einnehmen:

• Wasserstoff kann in der Industrie eingesetzt werden. Wird grüner Wasserstoff verwendet, können Prozesse wie die Stahlproduktion auch ohne fossile Energieträger und damit klimaneutral gestaltet werden.
• In der Mobilität wird die Bedeutung von Wasserstoff besonders bei dem Schwerlasttransport durch LKWs, Züge, Flugzeuge und Schiffen gesehen – als Ergänzung zu Batterietechnologien.

Um grünen Wasserstoff zu erzeugen, wird Strom aus erneuerbaren Energien wie Wasser oder Wind genutzt, um mittels Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen. Dabei wird eine Redoxreaktion erzwungen, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Bei dieser Technologie wird elektrische Energie zu chemischer Energie gewandelt, kurz Power-to-Gas. Dieses Verfahren ermöglicht es bspw. überschüssigen Ökostrom zu speichern mit einem Wirkungsgrad von über 70 %.

Die unterschiedlichen Farben des Wasserstoffs beschreiben in welcher Weise der Wasserstoff hergestellt bzw. gewonnen wird.

Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff wird bei der Elektrolyse von Wasser Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt. Grüner Wasserstoff ist dadurch besonders klimafreundlich.

Bei grauem Wasserstoff wird das Verfahren der Dampfreformierung eingesetzt. Dabei wird aus kohlehaltigen Energieträgern wie Erdgas und Wasser Wasserstoff erzeugt. Es entstehen hierbei ca. 10 Tonnen CO₂ pro Tonne Wasserstoff, die an die Atmosphäre abgegeben werden. Handelt es sich bei den Energieträgern um Kohle wird zudem in braunen (Braunkohle) und schwarzen (Steinkohle) Wasserstoff unterschieden.

Bei blauem Wasserstoff wird wie beim grauen Wasserstoff das Verfahren der Dampfreformierung genutzt, allerdings werden bis zu 90% des CO₂ abgeschieden und im Boden gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS).

Türkiser Wasserstoff wird mittels Methanpyrolyse, also der Spaltung von Methan produziert. Statt CO₂ bildet sich hier als Nebenprodukt fester Kohlenstoff. Dieses Verfahren befindet sich noch in der Entwicklung.

Weißer Wasserstoff bezeichnet die natürlichen Vorkommen von molekularem Wasserstoff in bestimmten Regionen wie bspw. Frankreich oder den USA, der mit verschiedenen Methoden wie bspw. Fracking-Technologien gefördert wird.

Bereits heute kann Wasserstoff in begrenzten Mengen von bis zu 10 % in das bestehende Gasnetz eingeleitet werden. Dabei wird der Wasserstoff wie Erdgas verbrannt, wobei lediglich Wasserdampf entsteht und an die Umwelt abgegeben wird. Eine weitere Möglichkeit ist es, aus dem Wasserstoff mittels Brennstoffzellen Wärme und Strom zu gewinnen.

Die Art und Weise des Einsatzes von Wasserstoff zur Wärmeversorgung ist allerdings noch umstritten, da die Randbedingungen der Studien unterschiedlich sind. Beispielsweise zeigen die Ergebnisse des Kopernikus-Projektes Ariadne, dass zumindest was den Gebäudewärmesektor betrifft, es bereits heute effizientere Alternativen, wie die Wärmepumpe, gibt.  

Weitere Informationen:

• Kopernikus-Projekt Ariadne: Wasserstoff im Gebäudesektor
• Fraunhofer IEE: Wasserstoff im Energiesystem - Fokus Gebäudewärme
• Agora Energiewende: Wert der Effizienz im Gebäudesektor