Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Grafik zeigt, wie grüner Strom in Wasserstoff umgewandelt wird. Es ist zu lesen: So fördert die Bundesregierung klimafreundlichen Wasserstoff: 7 Mrd. Euro für Wasserstofftechnologie in Deutschland. 2 Mrd Euro für internationale Partnerschaften.

Mit Wasserstoff soll die Energiewende eine weitere Säule erhalten - neben den erneuerbaren Energien und der Energieffizienz.

Foto: Bundesregierung

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist ein chemisches Element, das in der Natur vorkommt, zum Beispiel in Kombination mit Sauerstoff-Atomen als Wasser - H2O. Das chemische Element wird mit H abgekürzt.

Warum ist Wasserstoff jetzt als "neues Erdöl" im Gespräch?

Wasserstoff ist, wenn er unter Zuhilfenahme erneuerbarer Energien hergestellt wird, ein nachhaltiger, flexibel einsetzbarer und leicht transportierbarer Energieträger.

Grüner, grauer, blauer, türkiser Wasserstoff - worin unterscheiden sie sich?

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Bei grünem Wasserstoff kommt der Strom für die Elektrolyse ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Dadurch ist der eingesetzte Strom CO2-frei und somit auch die Produktion von Wasserstoff. Das ist unabhängig von der verwendeten Elektrolysetechnologie.

Bei grauem Wasserstoff ist der Ausgangsstoff ein fossiler Brennstoff. In den meisten Fällen wird die Methode der "Dampfreformierung" angewendet. Hierbei wird Erdgas unter dem Einsatz von Hitze in Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff umgewandelt. Da das entstandene CO2 hierbei ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben wird, wird dadurch der Treibhauseffekt verstärkt. Pro Tonne so produziertem Wasserstoff entstehen alleine zehn Tonnen CO2.

Bei blauem Wasserstoff handelt es sich im Grunde um grauen Wasserstoff. Jedoch wird bei blauem Wasserstoff das durch die Dampfreformierung entstandene CO2 gespeichert. Diese Speicherung wird auch "CSS" genannt, von dem Englischen "Carbon Capture and Storage". Das bei der Produktion entstandene CO2 gelangt also nicht in die Atmosphäre und dadurch kann diese Art der Wasserstoffproduktion bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.

Türkiser Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan gewonnen. Dieses Verfahren wird auch als Methanpyrolyse bezeichnet. Anstelle von CO2 entsteht hierbei ein fester Kohlenstoff. Um diese Art der Produktion CO2-neutral zu gestalten, ist sowohl die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energien, als auch die dauerhafte Bindung des entstehenden Kohlenstoffs notwendig.

Wieso ist (grüner) Wasserstoff besser als fossile Brennstoffe?

Wenn Wasserstoff regenerativ hergestellt wird (zum Beispiel aus erneuerbarem Strom in Elektrolyseanlagen), sind mit der Nutzung nur geringe und im Idealfall gar keine Treibhausgas-Emissionen verbunden. Dies ist bei der Erzeugung von Strom aus fossilen Energieträgern (wie Erdöl, Stein-, Braunkohle oder Kernenergie) anders. Hier entstehen CO2-Emissionen und außerdem sind diese Energieträger auch nur begrenzt vorhanden.

Gehört grünem Wasserstoff die Zukunft?

In einem Interview spricht Anja Karliczek, Bundesministerin für Bildung und Forschung, von Wasserstoff als dem "Energieträger der Zukunft". Ihr Ziel ist es, Deutschland und Europa in führender Rolle in der Entwicklung von neuen Wasserstofftechnologien zu platzieren.

Wo kann Wasserstoff eingesetzt werden?

Wasserstoff bietet viele Einsatzmöglichkeiten in der zentralen und dezentralen Stromerzeugung. Er kann aber auch für das Betreiben von Fahrzeugen, für die Herstellung alternativer Kraftstoffe, Brennstoffe und Gase, zur Langzeitspeicherung sowie als Rohstoff für industrielle (insbesondere chemische) Prozesse eingesetzt werden.

Grüner Wasserstoff ist noch recht teuer. Geht das auch günstiger?

Wasserstoff ist aktuell noch teurer als klassische Energieträger. Das ist allerdings bei den meisten innovativen Technologien zu Beginn so. Aus diesem Grund sollen Partnerschaften mit Ländern wie Afrika oder Australien entstehen, wo die klimatischen Gegebenheiten und somit auch die Produktionsvoraussetzungen für grünen Wasserstoff oft besser sind als in Deutschland. Zusätzlich sollen die noch hohen Kosten für erneuerbaren Wasserstoff durch Forschung und Innovationsförderung deutlich gesenkt werden.

Kann in Deutschland ausreichend grüner Wasserstoff hergestellt werden?

Nein, nach aktuellen Berechnungen wird es 2050 notwendig sein, bis zu 45 Millionen Tonnen Wasserstoff jährlich nach Deutschland zu importieren. Aus diesem Grund hat Bundesforschungsministerin Anja Karliczek gemeinsam mit ihrem nigrischen Amtskollegen, Yahouza Sadissou, der darüber hinaus auch Vorsitzender des Ministerrats des Kompetenzzentrums für Klimawandel und angepasste Landnutzung "WASCAL" ist, am 11. Februar 2020 in Berlin ein Maßnahmenpaket zum Ausbau der strategischen Partnerschaft mit Westafrika auf den Weg gebracht. Ziel dieser Partnerschaft ist es, eine Initiative für eine Wasserstoffunion aufzubauen. Zudem soll WASCAL zu einem Kompetenzzentrum für grünen Wasserstoff ausgebaut werden.

Welche Rolle spielt Deutschland hierzu international?

Durch die in der Vergangenheit geförderten Maßnahmen haben deutsche Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen in der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie eine internationale Spitzenstellung erreicht. Um diese Position zu erhalten beziehungsweise weiter auszubauen, sind auch künftig intensive Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen notwendig.

Was ist an Wasserstoff überhaupt zu erforschen?

Daran ist zum Beispiel zu forschen, wofür und wie dieser nutzbar sein könnte, vor allem aber, wie es nachhaltiger und günstiger zu erzeugen ist. Weiter ist zu erforschen, wie er zu den verschiedenen Nutzern sicher transportiert und gespeichert werden kann.

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) etwa forscht schon seit Längerem an Wasserstoff und seiner Anwendung. Dabei geht es um Fragen der Sicherheit und Qualität - von der Erzeugung über den Transport hin zur Speicherung. BAM-Präsident Prof. Dr. Ulrich Panne: "Verlässliche Qualitäts- und Sicherheitsstandards stellen bei der Markteinführung von Innovationen einen entscheidenden Wettbewerbs- und Standortvorteil dar. Sie erhöhen zugleich das Vertrauen der Gesellschaft in neue Technologien."

Was umfasst die Forschungsinitiative Deutschlands?

Zum Beispiel das "Wasserstoffdorf" HYPOS (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany) im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen. Hier wird Infrastruktur für die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger erprobt und weiterentwickelt. Auf einem 12.000 Quadratmeter großem Versuchsfeld, mit dem Namen "H2-Netz", wird die Verteilung von Wasserstoff bis hin zum Anschluss an Privathaushalte simuliert. Teil des HYPOS-Zusammenschlusses sind mehr als 100 wissenschaftliche Institute, Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus ganz Deutschland. Das Bundesforschungsministerium fördert diese Initiative seit über fünf Jahren im Rahmen des "Zwangzig20"-Programms.

Ein anderes Beispiel: Innerhalb der Zusammenarbeit mit Westafrika ist auch das Erheben eines Potenzialatlas geplant. Hier soll festgehalten werden, an welchen Standorten der grüne Wasserstoff am besten produziert werden kann. Mit lokalen und regionalen Konzepten will die Bundesregierung eine "Wasserstoffunion Westafrika" entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickeln.