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Wasserstoff – Der Energieträger der Zukunft?

Hintergründe, Potenziale und Herausforderungen

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Der aktuelle Krieg in der Ukraine macht deutlich, wie stark Deutschland von Gas, Öl und Kohle aus Russland abhängig ist. Eine der möglichen Alternativen rückte dabei zuletzt besonders in den Mittelpunkt: Grüner Wasserstoff. 

Grüner Wasserstoff ist emissionsfrei und gilt als einer der zentralen Bausteine der angestrebten Energiewende. Denn er hat das Potenzial, Erdgas und Kohle in der Industrie zu ersetzen und gleichzeitig als Kraftstoff im Verkehr oder zur Gewinnung von Strom und Wärme einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von Treibhausgasen zu leisten. „Wasserstoff kann praktisch überall eingesetzt werden, wo fossile Energien zum Einsatz kommen. Das ist nicht in jedem Fall sinnvoll, aber ganz grundsätzlich möglich“, sagt Dr. Andrea Lübcke, Co-Leiterin des Wasserstoff-Kompass-Projekts bei acatech.

„Wasserstoff kommt dabei ohne Kohlenstoff aus.“

Prof. Dr.-Ing. Görge Deerberg, Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits und Energietechnik

„Wasserstoff kommt dabei ohne Kohlenstoff aus“, sagt Prof. Dr.-Ing. Görge Deerberg, stellvertretender Leiter des Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits und Energietechnik und Projektleiter des Verbundprojekts Power2Change: Mission EnergiewendeGrüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse – also der Spaltung von Wasser – gewonnen. Dabei wird Wasser in seine Komponenten Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet. Der Vorteil: Die Herstellung ist klimaneutral, aber nur, wenn bei der Elektrolyse erneuerbarer Strom verwendet wird. Demgegenüber wird „grauer“ Wasserstoff durch fossile Rohstoffe wie Erdgas erzeugt. Seine Anwendung unterscheidet sich nicht von „grünem“ Wasserstoff – er ist zwar in der Herstellung noch kostengünstiger, aber auch klimaschädlicher. Als Zwischenlösung wird deshalb blauer Wasserstoff genannt. Er entsteht durch Erdgas, aber das CO2 wird gespeichert und nicht in die Atmosphäre ausgestoßen.

Wasserstoff eignet sich besonders als Energiespeicher, um Energiespitzen und Flauten auszugleichen. Das ist im Energiemix mit einem hohen Anteil an volatilen Energiequellen besonders nützlich. Denn ob die Sonne scheint oder wie stark der Wind weht, ist sehrunterschiedlich und resultiert in großen Schwankungen bei der Gewinnung von erneuerbarer Energien. Ein wichtiger Einsatz von Wasserstoff ist deshalb als Speicher regenerativer Energien im Stromsystem. 

„In der Industrie könnte Wasserstoff auf stofflicher Ebene eingesetzt werden und fossile Energieträger wie Kohle oder Erdgas langfristig sogar komplett ersetzen.“

Dr. Andrea Lübcke, acatech Wasserstoff-Kompass-Projekt

„In der Industrie könnte Wasserstoff auf stofflicher Ebene eingesetzt werden und fossile Energieträger wie Kohle oder Erdgas langfristig sogar komplett ersetzen“, sagt Lübcke. „Das Problem allerdings ist, dass rein technisch gesehen Wasserstoff bei höheren Temperaturen verbrennt als zum Beispiel Erdgas, gleichzeitig aber einen deutlich niedrigeren Energiegehalt hat“, sagt Deerberg. „Das führt dazu, dass die Verfahren, um beispielsweise Glas herzustellen oder Metall zu verarbeiten angepasst werden müssen.“ Ansonsten seien die Produkte nicht mehr mit heutigen identisch.

Auch im Individualverkehr bei Autos sowie in der Wärmeversorgung wäre ein Einsatz von grünem Wasserstoff denkbar. Allerdings ist die Infrastruktur für Wasserstoff in diesen Bereichen momentan nicht gegeben und ein Ausbau wäre kostenintensiv. „Erdgasnetze sind derzeit so ausgestattet, dass sie grundsätzlich in der Lage wären, mindestens 20 Prozent Wasserstoff aufzunehmen. Die Beimischung hätte allerdings nur einen vergleichsweise geringen CO2-Einspareffekt. Für die Gebäudewärme gibt es mit Direktelektrifizierung, wie z. B. Wärmepumpen, eine effiziente Alternative. Ähnliches gilt für den motorisierten Individualverkehr, auch hier haben batterieelektrische Lösungen Vorteile“, sagt Dr. Andrea Lübcke.

Eine zentrale Herausforderung ist momentan noch der Bezug von ausreichend grünem Wasserstoff. Aktuell – und auch aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach Alternativen zu russischem Erdgas – überschreitet die Nachfrage nach grünem Wasserstoff bei weitem das Angebot. Zuletzt handelte der deutsche Wirtschaftsminister Robert Habeck mit den Vereinigten Arabischen Emiraten Wasserstoffkooperationen aus. Das Ziel: Bis 2022 Wasserstofflieferungen nach Deutschland zu ermöglichen.  

Dabei muss einiges beachtet werden, sagen Expert*innen. „Erstmal muss sichergestellt werden, dass es sich um grünen Wasserstoff handelt“, sagt Lübcke und nennt einen weiteren Aspekt: Die Nachhaltigkeit der Rohstoffe, die in den Elektrolyseanlagen verbaut werden. „Ein weiterer wesentlicher Nachhaltigkeitsfaktor, den man im Auge behalten muss, ist Wasser. Denn es muss sichergestellt werden, dass die Wasserversorgung für eine massenhafte Wasserstoffherstellung sowohl für die Umwelt als auch für die Menschen in der Region nachhaltig und verträglich ist“, ergänzt Deerberg. „Deshalb müssen Nachhaltigkeits- und Importkriterien definiert werden, die zu einer Zertifizierung von Wasserstoff führen“, so Lübcke. 

„Zu hohe Umweltstandards von unserer Seite könnten dafür sorgen, dass wir Lieferanten verlieren. Unsere hohen klimapolitischen Ambitionen, welche diese Länder nicht teilen, könnten also im Widerspruch zu unserer dringenden Nachfrage nach grünem Wasserstoff stehen.“

Dr. Jacopo Maria Pepe, Stiftung Wissenschaft und Politik

Auch geostrategische und energiepolitische Positionierungen müssen bei den Wasserstoffkooperationen beachtet werden: „Zu hohe Umweltstandards von unserer Seite könnten dafür sorgen, dass wir Lieferanten verlieren. Unsere hohen klimapolitischen Ambitionen, welche diese Länder nicht teilen, könnten also im Widerspruch zu unserer dringenden Nachfrage nach grünem Wasserstoff stehen“, so Dr. Jacopo Maria Pepe, Wissenschaftler für Globale Fragen an der Stiftung Wissenschaft und Politik

Die Expert*innen sehen dennoch großes Potenzial. „Die Wasserstoffkooperationen sind eine große Chance. Und zwar dahingehend, Abhängigkeiten von wenigen Energielieferländern abzubauen. Die Erdöl- und Erdgasreserven sind sehr ungleich über den Globus verteilt, sodass wir aktuell sehr starke Abhängigkeiten von sehr wenigen Energielieferanten haben“, sagt Lübcke. „Bei erneuerbaren Energien sind die Potenziale viel gleichmäßiger über den Globus verteilt. Es kommen mehr Länder in Frage, die im Prinzip grünen Wasserstoff herstellen können.“ Im Ergebnis lassen sich dadurch Lieferketten diversifizieren und die unmittelbare Abhängigkeit von einzelnen Partnern im Ernstfall reduzieren – in der aktuellen Zeit politisch und gesellschaftlich ein angestrebtes Ziel. 

Damit grüner Wasserstoff in Deutschland auch bald zum Einsatz kommt, fehlt es aber noch an einigen essentiellen Schritten: „Die größte Herausforderung ist, überhaupt erstmal an den grünen Wasserstoff heranzukommen“, sagt Deerberg. Dazu bräuchte es vor allem mehr Strom aus erneuerbaren Energien. Und auch die Infrastruktur wäre für eine kurzfristige Wasserstoff-Offensive noch nicht bereit: „Es braucht neben Erzeugern und Abnehmern auch Häfen, Speicher, Verteilnetze, um eine Wasserstoffwirtschaft aufzubauen“, sagt Lübcke, „und die haben wir aktuell noch nicht“. Dennoch sind die Expert*innen von dem Potenzial von grünem Wasserstoff überzeugt: „Wasserstoff wird im Energiesystem der Zukunft eine ganz wichtige Rolle spielen. Er ist aber sicherlich nicht die alleinige Lösung“, so Lübcke.

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