Grüner Wasserstoff
Wasserstoff wird bereits heute in der Industrie genutzt. Die Herstellung ist allerdings meist mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden. Gründer Wasserstoff soll hier eine klimaneutrale Alternative bieten. Als Rohstoffe für die Herstellung von Wasserstoff kommen Wasser, Erdgas, weitere Kohlenwasserstoffe, Kohle, Biomasse oder auch andere wasserstoffhaltige Verbindungen infrage. Daneben bedarf es einer Energiequelle, die entweder chemisch oder von außen zugeführt, d. h. elektrisch, thermisch oder solar sein kann.
Was ist grüner Wasserstoff?
Zur Herstellung von grünem Wasserstoff braucht es Wasser und grüne Energie, d. h. eine regenerative Energiequelle. Mittels Elektrolyse, d. h. der Zuhilfenahme von elektrischem Strom für den Spaltungsvorgang, ist damit eine klimaneutrale Produktion des grünen Wasserstoffs möglich. Der Strom, der für die Spaltung des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff benötigt wird, stammt dabei aus Wind oder Sonne. Durch die Nutzung der regenerativen Energiequellen des Stroms ist der Wasserstoff CO2-neutral.
Unterschiede zu blauem, grauem und türkisem Wasserstoff
Wasserstoff ist immer ein durchsichtiges Gas. Allerdings gibt es unterschiedliche farbliche Bezeichnungen. Diese deuten auf den Ursprung des Wasserstoffs hin, wobei nur der grüne Wasserstoff auch wirklich klimaneutral ist.
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Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Je Tonne Wasserstoff werden bei der Herstellung rund 10 Tonnen CO2 in die Atmosphäre abgegeben.
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Bei blauem Wasserstoff wird das CO2 der Produktion teilweise (maximal zu 90 Prozent) abgeschieden und im Erdboden gespeichert (sogenannte Carbon-Capture-and-Storage, CCS). Damit gilt auch blauer Wasserstoff als weitgehend CO2-neutral.
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Bei der Herstellung von türkisem Wasserstoff, der durch die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird, entsteht fester Kohlenstoff. Wird der Kohlenstoff dauerhaft gebunden, ist auch dieses Herstellungsverfahren CO2-neutral.
Daneben sind weitere Farbcodes verbreitet. So liegt der Wasserstoffherstellung teilweise auch Kernenergie (roter Wasserstoff) sowie das öffentliche Stromnetz (gelber Wasserstoff) zugrunde oder das Produkt fällt als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen an (weißer Wasserstoff).
Power-to-Gas-Technologie
Die Technologie hinter dem grünen Wasserstoff wird als Power-to-Gas bezeichnet. Damit ist sie Teil der Power-to-X-Technologien, die allesamt die Nutzung von Strom voraussetzen, um eine nützlichere Energieform für bestimmte Anwendungsbereiche zu erzielen. Die Power-to-X-Technologien gelten dabei als wichtige Lösungen zur Einhaltung der Klimaziele.
Anwendungsbereiche von grünem Wasserstoff
Wasserstoff wird bereits heute vielfach in der chemischen Industrie zur Herstellung von Stickstoffdünger oder beim Cracken von Kohlenwasserstoffen in Erdölraffinerien eingesetzt. Auch bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe spielt er eine bedeutende Rolle.
Grüner Wasserstoff ist theoretisch genauso vielseitig einsetzbar. Eine Möglichkeit der Nutzung ist beispielsweise der Ausgleich bei einem schwankendem Strombedarf, da mit diesem Energieträger regenerativ erzeugter Strom zwischengespeichert werden kann. Damit kommt grünem Wasserstoff eine entscheidende Bedeutung bei der Energiewende zu.
Grüner Wasserstoff in der Industrie
Der Nationale Wasserstoffrat benennt als wichtigste Einsatzbereiche von grünem Wasserstoff die Stahl- und Chemieindustrie. So kann Wasserstoff in der Stahlindustrie Kohle als Reduktionsmittel substituieren, während in der Chemieindustrie Erdöl als Rohstoff ersetzt werden kann. Bereits heute Wasserstoff dabei in großem Stil zum Einsatz – allerdings als grauer Wasserstoff, der große Mengen CO2 ausstößt. Die Machbarkeit der Umstellung ist derzeit Teil einer Machbarkeitsstudie des Bundesforschungsministeriums.
Auch als Heizstoff für Brennöfen bietet sich grüner Wasserstoff in der Industrie an. Daneben ist Wasserstoff nötig, um aus Abgasen Dünger-, Kunst- und Kraftstoff-Vorläufer zu erzeugen.
Grüner Wasserstoff im Verkehrswesen
Während Elektroautos auf dem Vormarsch sind, ist eine Elektrifizierung in anderen Verkehrsbereichen wie dem Fern-, Schwerlast- oder Fernverkehr derzeit nicht möglich. Hier stellt Wasserstoff einen Ausgangspunkt für synthetischen Kraftstoff dar beziehungsweise kann selbst als Antrieb bei Wasserstoff-Motoren zum Einsatz kommen.
Wasserstoff in der Wärmeversorgung
Ein Großteil der Wärmeversorgung erfolgt über den Rohstoff Gas. Bereits heute ist eine Ergänzung um bis zu 10 Prozent Wasserstoff möglich, der einfach in das bestehende Gasnetz eingespeist wird. Für die Zukunft sin allerdings auch deutlich höhere Werte denkbar. Bei der Verbrennung entsteht lediglich Wasserdampf.
Daneben ist die Erzeugung von Wärme und Strom aus Wasserstoff möglich. Allerdings ist der Einsatz zum Erwärmen von Gebäuden bislang eher umstritten, da einige Expert:innen günstigere Alternativen im Bereich der Gebäudewärme sehen.
Grüner Wasserstoff als Speichermedium
Der Wasserstoff ist gasförmig und lässt sich einfach in bestehende Gas-Infrastrukturen einspeisen. Damit entsteht eine Speichermöglichkeit für erneuerbare Energien, die überschüssig produziert werden und nicht direkt in das Stromnetz eingespeist werden. Im Jahr 2020 waren dies rund 6.000 Gigawatt an ungenutztem Ökostrom – genug, um eine Stadt wie Berlin für ein halbes Jahr mit Energie zu versorgen. Zudem ist ein Transport zur Wärme- und Stromerzeugung von Verbraucher*innen möglich.
Nutzung von grünem Wasserstoff
In der Praxis steckt die Nutzung bislang in den Kinderschuhen. Die Forschung der letzten Jahre ist allerdings rasch vorangeschritten, sodass derzeit Wirkungsgrade von rund 70 Prozent erzielt werden. Das bedeutet, dass etwa 70 Prozent der Energie, die für die Elektrolyse benötigt wird, am Ende in Wasserstoff gebunden sind. Zum weiteren Ausbau hat die Bundesregierung zudem eine Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen, um grünen Wasserstoff marktfähig zu machen und Transportfähigkeiten, Nutzbarkeit und industrielle Produktion zu erhöhen.
Das Ziel ist es, bis 2030 Erzeugungsanlagen für grünen Wasserstoff mit bis zu fünf Gigawatt (GW) Gesamtleistung inklusive der erforderlichen Energiegewinnung bereitzustellen, um so bis zu 14 Terrawattstunden grünen Wasserstoff zu produzieren. Dafür ist ein zusätzlicher Energiebedarf von rund 20 Prozent nötig, weshalb die regenerativen Energien zügig ausgebaut werden müssen – nicht zuletzt, weil die Kosten der Stromerzeugung letztlich Einfluss auf den Preis des grünen Wasserstoffs haben.
Denkbar ist zudem der Import von grünem Wasserstoff aus Drittländern, in denen optimale Bedingungen zur Erzeugung regenerativer Energien herrschen. Neben der Entwicklung eines EU-weiten Binnenmarktes ist so die Aufstockung des deutschlandweiten Bedarfs denkbar.
Kritik an grünem Wasserstoff
Ein Kritikpunkt an grünem Wasserstoff ist der teilweise weite Transportweg. Besonders effizient ist die Herstellung in Staaten, in denen ausreichend regenerative Energien zur Stromerzeugung zur Verfügung stehen. So hat Deutschland Kooperationen mit Staaten in Süd- und Westafrika sowie mit Australien vereinbart. Da der Schiffsverkehr derzeit jedoch nicht klimaneutral erfolgt, sorgen die weiten Transportwege für eine Umweltbelastung, sodass der Wasserstoff insgesamt nicht mehr als klimaneutral bezeichnet werden kann. Ein weiterer Nachteil ist hier, dass mit der Länge des Transportwegs die Menge des Energieverlustes steigt.
H2-ready-Gasheizungen
Wasserstoff ist eine Technologie der Zukunft. Erreicht die Technologie für grünen Wasserstoff die Marktreife, wird die Nutzung in vielen Bereichen zunehmen -ebenso wie auch auch die Einspeisung in das Gasnetz zur Wärmeversorgung. Daher lohnt es sich schon heute, bei der Modernisierung oder Neuinstallation einer Heizungsanlage auf eine H2-ready-Heizung Wert zu legen. Unsere Expert:innen beraten Sie gern zu individuellen Lösungen für Ihr Unternehmen.
