Wasserstoff als Brennstoff der Zukunft

Erdgas und Heizöl sind die Klassiker unter den Brennstoffen. Mit Blick auf die Klimaverträglichkeit steigt das Interesse an umweltfreundlichen Alternativen. In der Umstellung von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien kann Wasserstoff eine Schlüsselrolle zukommen, sofern er klimaneutral erzeugt wird.

Die Bundesregierung setzt große Hoffnungen in die Wasserstofftechnologie. Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie verzahnt die Bundesregierung ihre Klima-, Energie-, Industrie- und Innovationspolitik. Ziel ist es, Deutschland international zu einem Vorreiter für grünem Wasserstoff zu positionieren. Die Klimaschutztechnologie „made in Germany“ sollen zu einem neuen Markenzeichen werden. Denn Wasserstoff ist nicht nur dazu geeignet, als Grundlage von Brennstoffzellen-Autos herkömmliche Dieselmotoren zu ersetzen oder eines Tages sogar Flugzeuge anzutreiben. Er hat auch das Zeug dazu, Strom und Wärme zu erzeugen. Wasserstoff bietet grundsätzlich die Möglichkeit, die Abkehr von kohlenstoffhaltigen Energieträgern zu ermöglichen. Wasserstoff kann z. B. helfen industrielle Prozesse und Anwendungen zu dekarbonisieren, das heißt, die Prozesse so zu gestalten, dass durch sie keine klimaschädlichen Gase ausgestoßen werden. Wasserstoff ist dabei vor allem für die Prozesse wichtig, bei denen dies nicht oder nur schwer durch den Einsatz von erneuerbarem Strom möglich ist. Wie groß die Rolle des Wasserstoffs im zukünftigen Energiesystem sein wird, hängt allerdings von den technologischen und wirtschaftlichen Entwicklungen ab.

Wie bei industriellen Prozessen, etwa bei der Stahlerzeugung, und im Mobilitätssektor, kann der Einsatz von Wasserstoff auch im Wärmemarkt CO₂-Emissionen senken. Bei der Nutzung im Wärmemarkt bietet grüner Wasserstoff viele Möglichkeiten. Er kann zum Beispiel in modernen H2-ready Gas-Brennwertgeräten als Ersatz für Erdgas oder in Brennstoffzellenheizungen zum Einsatz kommen. Besonderer Vorteil der Brennstoffzellenheizung ist, dass sie nicht nur Wärme, sondern auch Strom produziert.

So wird Wasserstoff gewonnen

Doch wie wird klimaneutraler Wasserstoff überhaupt gewonnen? Momentan werden vor allem „Power to Gas“-Techniken diskutiert, die erneuerbaren Strom durch Elektrolyseprozesse zur Wasserstoffproduktion nutzen. Eine Elektrolyse ist ein Prozess, bei dem durch elektrischen Strom eine chemische Reaktion erzeugt und Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff getrennt wird. Aktuell werden verschiedene Techniken zur Elektrolyse eingesetzt und erforscht.

Ohne erneuerbare Energien geht es nicht

Die Nutzung von erneuerbarem Strom in der Wasserstoffproduktion bedeutet, dass zur Deckung des zukünftigen Bedarfs an grünem Wasserstoff große Mengen erneuerbarer Strom in Deutschland benötigt werden. Um diese Energiemengen zu erzeugen, wäre ein massiver Zubau im Bereich der erneuerbaren Energien nötig. Die wichtigste Voraussetzung für eine breite Etablierung der Wasserstoffwirtschaft ist also der weitere Ausbau der erneuerbaren Energien.

Es wird also noch eine ganze Zeit dauern, bis der deutsche Bedarf mit grünem Wasserstoff gedeckt werden kann. In der Zwischenzeit werden verschiedene Übergangslösungen nötig sein, um den deutschen Wasserstoffmarkt aufzubauen und am Laufen zu halten. Um dabei den Wasserstoff aus den verschiedenen Quellen mit seiner entsprechend verschieden starken Klimaschädlichkeit unterscheiden zu können, hat sich folgende Farbenlehre etabliert:

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energiequellen zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO₂-frei, da der eingesetzte Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen stammt.

Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO₂ umgewandelt (Dampfreformierung). Das CO₂ wird anschließend meist ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben, verstärkt so den globalen Treibhauseffekt.

Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO₂ bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird. Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO₂ gelangt so nicht in die Atmosphäre, die Wasserstoffproduktion gilt als CO₂-neutral.

Türkiser Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt. Anstelle von CO₂ entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO₂-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.

Bildnachweis: © iStock.com/Petmal