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Bild: Alexander Kirch/Shutterstock.com

Grau, blau, grün: Wasserstoff

Wasserstoff ist ein idealer Sekundärenergieträger und wird aktuell für diverse chemische Prozesse in signifikanten Mengen eingesetzt. Einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende wird Wasserstoff jedoch erst ab einer deutlichen Reduktion des Einsatzes fossiler Energieträger spielen.

In seiner Herstellung offenbart Wasserstoff Tücken: Damit das Gas keinen CO2-Rucksack trägt, braucht es „grünen“ Wasserstoff. Verfahrenstechnisch muss demzufolge die Wasserelektrolyse mit Ökostrom das heute in der chemischen Industrie gängige erdgasbasierte Verfahren der Dampfreformation ersetzen. Denn hierbei werden relativ große Mengen CO2 freigesetzt. Dann wird aus dem bisherigen „grauen“ Wasserstoff „grüner“.

Hinzu kommt eine weitere Variante: „blauer“ Wasserstoff. Dies ist „grauer“ Wasserstoff, dessen CO2-stoffhaltige Gasströme abgeschieden und dann gespeichert werden. Carbon Capture & Storage, kurz CCS, nennt man diese Verfahren, die in Deutschland hinsichtlich ihrer gesellschaftlichen Akzeptanz sehr umstritten sind, in anderen Ländern hingegen als Teil von Dekarbonisierungsstrategien akzeptiert werden.

Erhebliches ökonomisches Potenzial

Die Rolle des Wasserstoffs muss man im Zusammenhang mit der gesamten Energiewende betrachten: Die effiziente Bereitstellung und Nutzung von Energie sollten weiterhin an erster Stelle stehen. Denn als treibhausgasneutraler Energieträger zur Herstellung von Wasserstoff steht in Deutschland derzeit ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung, der nicht direkt zur Substitution fossiler Energieträger in konventionellen Kraftwerken genutzt werden kann (Überschussstrom).

Folglich ist die Stromerzeugung aus Windkraft- und Fotovoltaikanlagen als Voraussetzung für die Erzeugung von grünem Wasserstoff auszubauen. Da die Erzeugung von Wasserstoff mittels Strom aber auch seine Nutzung oder Umwandlung, etwa in synthetische Brenn- und Kraftstoffe, mit Verlusten behaftet ist, sollte zunächst geprüft werden, ob sich der Strom direkt nutzen lässt.

Wasserstoff und die damit verbundenen anwendungsspezifischen Technologiebereiche wie Elektrolyse-, Brennstoffzellen- und Power-to-X-Anlagen sowie Speichertechnologien bergen neben den ökologischen Vorteilen erhebliches ökonomisches Potenzial. Aber mit einem Wandel der Energiekette ist ein disruptiver Wandel der Wertschöpfungsketten verbunden. So wird die Bandbreite der in Deutschland agierenden Unternehmen sich diesem Wandel stellen und Produkte, Produktionsprozesse und Geschäftsmodelle auf diese neuen Technologien ausrichten müssen.

Grundsätzliche Anmerkungen zu Wasserstoff und seinen Anwendungsmöglichkeiten finden Sie in dem folgenden Dokument der VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt:

Kommentierung zur Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung

Wasserstoff, koste es, was es wolle?

Was macht Wasserstoff vor dem Hintergrund der Energiewende letztlich so interessant? Nun, das Besondere an Wasserstoff ist seine Fähigkeit, als Speicher für die Sektorkopplung von Strom, Mobilität und Wärme sowie als  Rohstoff in der Chemieindustrie und als Reduktionsmittel in industriellen Prozessen eingesetzt werden zu können.

Expert*nnen wie Monika Derflinger, Managerin R&A Powertrain Integration im Ford Research & Innovation Center Aachen und Mitglied im Fachausschuss Wasserstoff und Brennstoffzellen des VDI-Fachbereichs Energietechnik, lenken bei allem Engagement für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft den Blick auf einen rationalen Umgang mit den Gegebenheiten. Sie sagt, an allererster Stelle sei Wasserstoff dort einzusetzen, wo es technisch sinnvoll sei. Man dürfe nicht nach dem Motto „Wasserstoff, koste es, was es wolle“ verfahren.

Wichtigste Priorität muss die größtmögliche Reduzierung des Primärenergieverbrauchs und der Emissionen sowie die Minimierung von Transportverlusten haben. Ein holistischer Ansatz, auf EU-Ebene abgestimmt, der alle Sektoren gleichzeitig betrachtet, ist zwingend erforderlich. Insellösungen, die nur aufgrund bestimmter Förderprogramme entstehen und kein Vernetzungspotenzial bieten, müssen vermieden werden.

Monika Derflinger, Mitglied im Fachausschuss Wasserstoff und Brennstoffzellen des VDI-Fachbereichs Energietechnik

Schon gewusst?

Wir schreiben das Jahr 1766. Während eines Experiments entdeckt der britische Chemiker und Physiker Henry Cavendish das Element Wasserstoff. Er bezeichnet es als brennfähige Luft. Nachdem er das Element ausgiebig unter die Lupe genommen hat, veröffentlicht Cavendish seine Erkenntnisse.

Das sogenannte Knallgas erzeugten zuvor aber auch schon Théodore Turquet de Mayerne (um 1620) und Robert Boyle (um 1670). Der Chemiker und Naturwissenschaftler Antoine Laurent de Lavoisier gab dem Wasserstoff die Bezeichnungen „Wasser erzeugenden Stoff“ und „Hydrogen“. Lavoisier war so davon fasziniert, dass er schließlich das als Knallgasprobe bekannte Experiment durchführte: Ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff explodiert bei der Zündung mit einem lauten Knall. Das Gas verbrennt. 

Wasserstoff stellt heutzutage einen bedeutsamen Ausgangsstoff für Prozesse jeglicher Art in der Chemieindustrie dar. Weltweit werden Jahr für Jahr über 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff für die verschiedensten Anwendungsfelder gewonnen. Zum einen dient das Element als Energieträger. Es treibt zum Beispiel Raketen an und soll vor allem helfen, die Produktion von Erdöl zu stoppen. Zum anderen lassen sich flüssige Kohlenwasserstoffe herstellen, sodass es wiederum möglich ist, Kraftstoffe wie Benzin und Diesel sowie Heizöl auf künstlicher Basis zu erzeugen. 

Was macht Wasserstoff vor dem Hintergrund der Energiewende letztlich so interessant? Nun, das Besondere an Wasserstoff ist seine Fähigkeit, Energie in verschiedenen Erscheinungsformen zu koppeln. Ebenso koppelt er die verschiedenen Anwendungen, die Sektoren. So rücken schließlich Verkehr und Gebäude, Elektrizität und Wärme näher zusammen und suchen nach einem gemeinsamen Nenner.

Verstehen. Erklären. Gestalten.

Publikationen zum Thema 1,5 Grad

Christian Borm, M. Sc.
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Christian Borm, M. Sc.

Koordinator des Fokusthemas 1,5 Grad