30. Oktober 2020
Das fossile Zeitalter neigt sich – das ist deutlich zu spüren – langsam, aber sicher dem Ende zu. Es gibt immer mehr und vor allem immer bessere Alternativ-Technologien, die für einen nachhaltigeren Umgang mit Energie stehen. Eine davon ist der Einsatz von Wasserstoff. Um hier einen entscheidenden Schritt zu tun, hat das Bundeskabinett diesen Sommer die sogenannte Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Was hat es damit auf sich, und welche Arten von Wasserstoff gibt es?
Von Thomas Geuder
Wasserstoff steht an erster Stelle im Periodensystem und ist damit das einfachste und leichteste Element. Es findet sich fast überall, drei Viertel der gesamten bekannten Materie besteht mit aus Wasserstoff. Auf der Erde ist Wasserstoff also in nahezu unbegrenzten Mengen verfügbar. Und: Verbindungen mit Wasserstoff sind quasi unendlich wandelbar.
Wasserstoff sei also, so die Bundesministerin für Bildung und Forschung Anja Karliczek, der Energieträger der Zukunft. Bei dieser Technologie wolle man vorne in der Welt dabei sein. Deshalb hat das Bundeskabinett am 10. Juni 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Damit fällt nun der Startschuss für die ambitionierte Umsetzung, vor allem im Hinblick auf die angestrebte Klimaneutralität bis 2050. Bis 2023 sollen zur Förderung von Forschung und Innovation zusätzlich 310 Millionen Euro zur Verfügung gestellt werden.
„Zu einem Innovationsland gehört auch, ambitionierte Ziele für eine international wettbewerbsfähige Wasserstoffwirtschaft zu formulieren. Das ist uns mit der Nationalen Wasserstoffstrategie gelungen“, erläutert Ministerin Karliczek (rechts) während der Pressekonferenz im Bundeswirtschaftsministerium. © Foto: BMBF/Hans-Joachim Rickel
Wasserstoff vielseitig einsetzbar
Wasserstoff sei, so ist in der Nationalen Wasserstoffstrategie zu lesen, entscheidend für die Dekarbonisierung wichtiger deutscher Kernbranchen wie der Stahl- und Chemieindustrie, auch des Verkehrssektors. Im Gebäudesektor wird Wasserstoff bereits eingesetzt, etwa für Brennstoffzellen in kombinierten Geräten zur Strom- und Wärmeerzeugung.
Aber auch bei der Wärmeversorgung mit Öfen kann Wasserstoff bereits heute einen wichtigen Beitrag leisten, indem geringe Mengen davon ins bestehende Gasnetz beigefügt werden. Der zusätzliche Wasserstoff wird zusammen mit dem Erdgas verbrannt, was zu Wasserdampf und dadurch zu weniger CO2-Emission führt. Auch im Verkehr kann Wasserstoff eingesetzt werden, wodurch ein wichtiger Beitrag zur Energiewende im automobilen Sektor geleistet werden kann.
Chemisch betrachtet enthält eine Tonne Wasserstoff eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden, was ungefähr dem durchschnittlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus entspricht.
© Foto: Linde Gas, Stromspiegel © Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF
Im Fokus: Grüner Wasserstoff
Die Nationale Wasserstoffstrategie favorisiert klar den grünen Wasserstoff. „Grün“ wird der Wasserstoff durch seine Herstellung: Wenn bei der Elektrolyse, durch die Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespaltet wird, der eingesetzte Strom nun zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien stammt, ist die Produktion von Wasserstoff CO2-neutral, also grün.
Die Effizienz bei diesem Verfahren liegt derzeit zwar bei nur rund 60 Prozent, aber Forschung und Entwicklung bei Herstellung, Transport und Lagerung von grünem Wasserstoff dürfte mit der Initiative der Bundesregierung jedoch noch die ein oder andere Überraschung parat haben. Die Nationale Wasserstoffstrategie sieht außerdem vor, Wasserstoff dort zu produzieren, wo genügend erneuerbare Energie zur Verfügung steht. Das Bundesforschungsministerium setzt daher auf strategische Partnerschaften mit Süd- und Westafrika sowie Australien.
Der Weg des Wasserstoffs: Durch Wind, Sonne, Biomasse und Wasser wird erneuerbare Energie produziert. Sie wird zum Betrieb der Wasser-Elektrolyse genutzt. Dabei wird Wasser (H2O) unter Strom gesetzt, wobei es sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) teilt.
© Foto: Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF
Grau, blau und türkis
Neben dem grünen Wasserstoff unterscheidet man – ebenfalls entsprechend der Herstellung – noch in andere, jedoch weniger umweltfreundliche Wasserstoff-Arten. Es gilt also genau darauf zu achten, welcher Wasserstoff verwendet wird: Grauer Wasserstoff wird zu 100 Prozent aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
Bei seiner Herstellung wird in der Regel Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) aufgespalten. Das CO2 wird danach meist ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt dadurch den globalen Treibhauseffekt.
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, bei dem das CO2 jedoch bei der Entstehung abgeschieden und in Bergwerken oder alten Erdgaslagerstätten gespeichert wurde. Das so erzeugte CO2 gelangt so immerhin nicht in die Atmosphäre, weswegen diese Produktionsweise gerne auch als CO2-neutral betrachtet wird, mit dem kleinen Schönheitsfehler, dass nicht die Ursache, sondern die Wirkung beseitigt wird.
Türkiser Wasserstoff schließlich ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan hergestellt wurde (Methanpyrolyse). Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Rohstoff, der in der Industrie etwa für die Batteriefertigung genutzt werden kann. Gänzlich CO2-neutral ist dieses Verfahren allerdings nur, wenn die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen stammt und der Kohlenstoff dauerhaft gebunden wird.