Wasserstoff - Der Retter in der (Klima)not?

Wasserstoff wird von vielen Experten als der rettende Rohstoff des 21.Jahrhunderts angepriesen. Alles, was vorher auf fossilen Brennstoffen basierte, soll nun möglichst mit Hilfe von Wasserstoff betrieben werden. In Deutschland gibt es deswegen auch eine nationale Wasserstoffstrategie und die CDU möchte Deutschland in der nächsten Regierungsperiode zum „Wasserstoff-Land Nr.1“ machen. Zeit, mal einen Blick auf das vermeintlich kostbare Gut zu werfen. Was ist Wasserstoff eigentlich? Und was kann es? Und ist es wirklich so nachhaltig, wie der Ruf ihm vorauseilt?

Wasserstoff ist in erster Linie ein chemisches Element, das wir vermutlich alle noch aus dem Chemie-Unterricht kennen. Es ist das H in H2O, ein Gas, dass in chemischen Verbindungen reichlich vorhanden ist. Es zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte und seine vielseitigen Einsatzmöglichkeiten aus. Um Wasserstoff jedoch nutzbar zu machen, muss es erst einmal aus seiner chemischen Verbindung abgespalten werden. Um dies zu tun, gibt es viele Herangehensweisen.

Beschäftigt man sich näher mit dem Thema Wasserstoff, bekommt man bald das Gefühl, in einer Farbpalette des Kunstunterrichts gelandet zu sein. Da ist die Rede von grünem, blauem, türkisenem, pinken oder grauem Wasserstoff. Diese Farben hat das Gas aber nicht selbst. Die Farben werden dem Element je nach Herstellungsweise zugeschrieben.

Grüner Wasserstoff wird durch die sogenannte Elektrolyse hergestellt, also mittels Stroms aus den chemischen Verbindungen abgespaltet. Anders als beim pinken Wasserstoff, bei dem dieser Strom aus Kernenergie stammt, stammt die Energie beim grünen Wasserstoff aus nachhaltigen Energien wie Wind- und Sonnenenergie. Damit ist dies ein Teil der Power-to-X Technologien, nämlich Power-to-Gas.

Blauer Wasserstoff wird durch eine CO2-Abscheidung- und Speicherung von Erdgas (= Carbon-Capture-und Storage, CCS) gewonnen. Es gibt aber inzwischen auch die gleiche Methodik nur mit dem Einsatz von Biogas. Dann spricht man von der BECCS-Technik (Bioenergie with carbon capture and storage).

Der graue Wasserstoff entsteht als Nebenprodukt in der Industrie oder wird aus Erdgas durch Umwandlung gewonnen. Auch weißen Wasserstoff gibt es. Dieser ist ein Nebenprodukt aus chemischen Prozessen und für die energetische Nutzung kaum von Belang, da auch die Umwelt- und klimapolitischen Herausforderungen je nach Verfahren stark unterschiedlich sind.

Letztlich ist auch oft von türkisenem Wasserstoff die Rede. Dieser wird durch die thermische Spaltung von Methan, insbesondere Erdgas, gewonnen. Daraus entsteht dann kein Gas, sondern ein fester Kohlenstoff. Das soll dann unterirdisch gelagert oder im Boden gebunden werden. Dieser Prozess ist jedoch noch in der Entwicklungsphase und kann deswegen noch nicht abschließend bewertet werden.

Wie genau soll Wasserstoff genutzt werden?

Im Zuge der Klimawende soll gefühlt jeder Bereich unseres Lebens reformiert werden – Verkehr, Industrie und Energiespeicher sowie Strom.

Zunächst ist Wasserstoff so attraktiv, weil es als flexibler Zwischenspeicher genutzt werden kann. Er kann als Sekundärenergieträger die Energie, die sonst verloren ginge, in Druckbehältern oder Gaskavernen speichern. Gerade im Zusammenspiel mit Wind- und Sonnenenergie ist dies von großem Nutzen. Denn da ist gerade die Speicherung das Problem, da Wind und Sonne mal häufiger vorkommen, aber auch mal ganz wegbleiben. Durch Wasserstoff kann diese Energie jedoch monatelang gespeichert werden.

Auch im Verkehr soll Wasserstoff die Elektromobilität ergänzen. Zwei Ansätze sind hier denkbar: Entweder der Wasserstoff wird über eine Brennstoffzelle rückverstromt oder er wird direkt in Verbrennungsmotoren eingesetzt.

Der erste Vorteil ist, dass nur Wasserdampf Abgas entsteht. Das wäre nicht nur deutlich umweltfreundlicher, sondern würde auch die Luftqualität deutlich verbessern.

Vor allem bei schweren Gewichten wie im ÖPNV, Gütertransporten oder in der Logistik hat Wasserstoff noch weitere Vorteile: Ein Wasserstofftank hat deutlich weniger Gewicht und ist damit dort sinnvoll, wo große, schwere Batteriezellen unwirtschaftlich wären. In solchen Situationen kann Wasserstoff als gasförmiger Kraftstoff eingesetzt werden. Zudem sind die Wasserstoff-Brennstoffzellen auch langlebiger als Elektrobatterien. Der Nachteil hier: Der Wasserstoff muss entweder aufwändig komprimiert oder durch starkes Abkühlen verflüssigt werden. 

Bei leichteren Fahrzeugen ist jedoch immer noch die Elektromobilität wegweisend. Der Nachteil des Wasserstoffs ist die Effizienz – nur 40 bis 50 Prozent der im Wasserstoff gespeicherten Energien werden in Strom umgesetzt. Zum Vergleich: Bei Elektroautos sind es schon 70 Prozent. So ist das Tanken von Wasserstoff vor allem bei kleineren Wägen noch nicht wirtschaftlich. Aber trotzdem – das Tanken von Wasserstoff geht deutlich schneller als das Laden von Strom und man kommt mit dem Tank ca. 500 bis 800 km weit, während es beim Elektroauto deutlich weniger ist. Dennoch ist der „Umweg“ über den Wasserstoff hier nicht so effizient, wie den Strom gleich aus erneuerbaren Energien zu erzeugen. Dass Wasserstoffautos noch ein absolutes Nischenprodukt sind, zeigt der Fall Toyota Mirai. Obwohl er hervorragend bei den Tests liegt, liegt sein Verkauf weit hinter den Erwartungen.

Im Schiffs- und Flugverkehr wird zudem an einem Power-to-Liquid Verfahren gearbeitet, bei dem aus gasförmigem Wasserstoff zusammen mit Methanol flüssiger Kraftstoff hergestellt wird.

Um dem Klimawandel Herr zu werden, sollte man sich auch den Sektor anschauen, der mit am meisten CO2-Austöße verursacht: die Industrie. Dort hat man gegenwärtig vor allem mit dem grauen Wasserstoff zu tun, weil dieser als Nebenprodukt entsteht. Dies will man jedoch zukünftig vor allem in der Stahlherstellung, Metallverarbeitung und Chemieindustrie ändern und ihn durch grünen Wasserstoff ersetzen. Wichtig ist in diesem Zuge vor allem, dass Wissenschaft und innovative Unternehmen zusammenarbeiten, um weiter Dekarbonisierungsstrategien auf Basis von nachhaltigem Wasserstoff voranzubringen. Allerdings gilt auch hier: Solange man erneuerbare Energien direkt nutzen kann, ist der Umweg über Wasserstoff wenig sinnvoll.

Auch das Wohnen muss nachhaltiger werden. Hier ist Wasserstoff vor allem nützlich als Kopplungselement zwischen Strom und Gas im Rahmen der Sektorkopplung. Inzwischen wird aber Wasserstoff nicht nur als Kopplungselement genutzt, sondern auch eigenständig als Energielieferant. So gibt es Wasserstoff- und Brennstoffzelltechnologien (NIP), die fossile Heizträger ersetzen sollen.

Wie nachhaltig ist Wasserstoff?

Wie nachhaltig Wasserstoff ist, hängt von der Art des Wasserstoffs ab.

Da wir von Sustaynamics weg von fossiler und Kernenergie möchten, halten wir den pinken und grauen Wasserstoff nicht für die nachhaltige Zukunftslösung.

Der türkisene Wasserstoff ist so lange CO2-neutral, solange die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors, das für die thermische Spaltung nötig ist, aus erneuerbaren Energien kommt und der Kohlenstoff dauerhaft gebunden werden kann. Der türkisene Wasserstoff beinhaltet somit viel Potenzial für nachhaltige Lösungen, ist aber mit Unwägbarkeiten verbunden.

Der blaue Wasserstoff ist so lange nachhaltig, solange bei der Herstellung kein CO2 in die Atmosphäre gelangt. Dies geschieht jedoch, sobald für den Prozess Erdgas verwendet wird. Nur wenn auf Erdgas verzichtet wird, ist dies möglich. Auch die Methode des CCS ermöglicht es noch nicht hundertprozentig, dass gar kein CO2 in die Atmosphäre entweicht. Auch die dauerhafte Speicherung des CO2 ist gegenwärtig technisch nicht möglich. Bei der Alternative mit Biogas bleibt die Methode jedoch gleich, womit die Risiken wie bei CCS und die technischen Defizite gleichbleiben.

Der grüne Wasserstoff kann als nachhaltig betrachtet werden. Es wird nur Sonnen- und Windenergie genutzt, um ihn herzustellen. Jedoch stellt Wasserstoff momentan immer noch einen „Umweg“ dar, denn man könnte den Strom auch aus erneuerbaren Energien gewinnen und direkt nutzen. Sicherlich ist aber der Einsatz von Wasserstoff trotzdem da sinnvoll, wo der Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energien technisch nicht möglich ist.

Vergleich der einzelnen Wasserstoffarten
Vergleich der einzelnen Wasserstoffarten

Wasserstoff – die Lösung?

Die Welt hat sich eingeschossen auf den Wasserstoff. So gibt es bereits den Hydrogen Council. Darin beraten 53 Unternehmen aus aller Welt über das Thema Wasserstoff. Das Ziel ist es, 18 Prozent des globalen Energiebedarfs bis 2050 durch Wasserstoff zu decken, was ein Minus von 6 Gigatonnen CO2 entspricht. Es ist auch sinnvoll, Wasserstoff global zu denken. Denn Deutschland bleibt beim Thema Strom Importland. Gerade wenn es um grünen Wasserstoff geht, ist es umso effektiver global zu denken und einen gerechten Austausch zwischen allen Ländern zu ermöglichen. Deswegen müssen auch grenzüberschreitende Lieferketten für Wasserstoff konstruiert werden. Wichtig ist auch, die Sicherheit beim Nutzen von Wasserstoff mitzudenken. Denn wie jedes chemische Element kann Wasserstoff nicht nur nutzbringend sein, sondern auch schädigen.

Insgesamt ist der CO2-neutrale Wasserstoff noch nicht wirtschaftlich. In anderen Worten: Die Technologien rund um Wasserstoff sind momentan noch sehr teuer. Durch weiteren Ausbau, Forschung und Entwicklung muss der Wasserstoff-Sektor weiter vorangebracht werden. Dies kann nur durch ausreichende Förderung erreicht werden. Hier ist auch schon ein positiver Trend in die Richtung seitens des Staates und auch von privaten Unternehmen erkennbar. Allerdings wird hierbei die nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung auch teilweise kritisiert, da zu viele Mittel in den Import von Wasserstoff fließen würde. Deshalb müsste mehr die heimische Industrie unterstützt werden.

Außerdem würde eine CO2-Steuer helfen, fossile Energien zu teuer zu machen und so die Nachfrage an Wasserstoff zu steigern. Deutschland sollte also jetzt die Basis legen, um den Zuwachs von Wasserstoff zu ermöglichen. Nur wenn bis Ende der 20er Jahre ein Zuwachs von einem Gigawatt/Jahr im Bereich Wasserelektrolyse entsteht, gelingt der Spagat zwischen Klimawende und Sicherung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit.

Wirtschaftliche Akzeptanz

Dass Wasserstoff auch von der wirtschaftlichen Seite immer mehr akzeptiert wird, kann anhand des Start-ups Enapter festgestellt werden. Enapter entwickelte den ersten modularen Elektrolyseur, der fossile Brennstoffe durch grünen Wasserstoff ersetzt. Das Start-up ha hat an zahlreichen Wettbewerben teilgenommen und wurde hierbei vielfach ausgezeichnet. Ihr Erfolg lässt sich an ihre finanzstarken Investoren und ihrem erfolgreichen Crowdfunding ablesen. Dadurch wuchs es innerhalb kürzester Zeit zu einem großen Unternehmen.

Auch das Unternehmen Home Power Solution konnte für seine Lösung große Partner finden. Durch ihr Produkt ist es für Privathaushalte möglich eine saubere Energieversorgung zu gewährleisten. Hierdurch wird eine hohe Autarkie erreicht, auch wenn sie teurer ist als vergleichbare Lösungen. Auch wenn die Firma bisher wenig Umsatz, aber auch wenig Verlust machen konnte, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie erfolgreich werden könnte.

Auch Beratungsunternehmen wie Ster-Kölln & Partner sehen das Potential im Wasserstoff und kommunizieren deshalb zunehmend als Wasserstoffexperte. Hierbei steht der Aufbau eines eigenen Expertennetzwerks im Fokus.

Unser Fazit

Wasserstoff ist ein großartiges, und vor allem klimafreundliches Element, das viel Potenzial mitbringt. Daraus ergeben sich viele Chancen. Unsere Aufgabe liegt jetzt aber darin, diese sinnvoll zu nutzen. Dies kann nur durch weiteren Ausbau gelingen. Außerdem sollte daran gearbeitet werden, Wasserstoff selbst nutzbarer zu machen – so verspricht auch der türkisene Wasserstoff großes Potenzial zu entwickeln. In seiner jetzigen Form und Nutzung ist Wasserstoff nicht der Retter in glänzender Rüstung. Nur, wenn wir uns allein auf die nachhaltigen Wasserstoffarten konzentrieren und diese weiter ausbauen und effektiver machen, hat Wasserstoff die Chance, ein Schlüsselelement in der Klimawende zu werden.

 

Quellen:

BMWi – Wasserstoff: Schlüsselelement für die Energiewende

Wasserstoff: Antrieb der Zukunft? | wissen.de

Wasserstoff (fraunhofer.de)

Wasserstoff – Energieträger der Zukunft?: Explosives Gas als Hoffnungsträger | BR Wissen

Wasserstoff – Schlüssel im künftigen Energiesystem | Umweltbundesamt

https://www.4investors.de/nachrichten/boerse.php?sektion=stock&ID=147496#:~:text=Abul%2DEll %3A%20Unsere%20Zahlen%20zeigen,von%20rund%202.5%20Millionen%20Euro.

https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/die-nationale-wasserstoffstrategie.pdf?__blob=publicationFile&v=20

https://www.enapter.com/de

 

Olivia Heinemann

Olivia Heinemann

Olivia Heinemann hat Rechtswissenschaften an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg studiert. Sie hat sich schon immer für den Erhalt unseres Klimas engagiert und ist nun im Vorstand von Sustaynamics e.V. aktiv

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Sustaynamics e.V. – c/o Weiß, Arat & Partner mbB – Salzstraße 29 – 79098 Freiburg – Email: info@sustaynamics.de