Grüner Wasserstoff: Energieversorgung von morgen

Grau, blau, grün oder türkis: Arten von Wasserstoffgas

Ganz gleich, welche Farbe der Rohstoff im Namen trägt: Bei Wasserstoffgas (H₂) handelt es sich immer um ein geruch- und farbloses Gas. Das chemische Element (H) ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum, ein Bestandteil von Wasser (H₂O) und fast aller organischen Verbindungen auf der Erde. Da es nicht in freier Form vorhanden ist, muss es vor dem Einsatz als Energieträger jedoch erst einmal hergestellt werden.

Die Farbe symbolisiert die Art der Herstellung

Abhängig von der Art der Herstellung unterscheiden Experten den grauen, blauen, türkisen und grünen Wasserstoff.  Grauer Wasserstoff  entsteht üblicherweise aus Erdgas, das unter Hitze in Wasserstoffgas und CO₂ gespalten wird. Auf diese Weise arbeiten zum Beispiel auch Brennstoffzellen, die Energie aus dem Erdgasnetz beziehen. Der größte Nachteil: CO₂ entweicht in die Atmosphäre und begünstigt den Treibhauseffekt.

Blauer Wasserstoff  entsteht ebenfalls aus fossilen Rohstoffen. Hersteller fangen das dabei entstehende CO₂ allerdings auf. Sie speichern das Gas und lassen es nicht in die Atmosphäre eindringen.

Türkiser Wasserstoff  entsteht, indem Anlagen Methan mit großer Hitze beaufschlagen, wobei fester Kohlenstoff als Nebenprodukt anfällt. Wie nachhaltig dieses Verfahren ist, hängt dabei von der Wärmequelle ab.

Anders bei  grünem Wasserstoff: Dieser entsteht bei der  Elektrolyse  von Wasser. Während die nötige elektrische Energie aus Solar-, Wind- oder Wasserkraftwerken kommt, bildet sich als Nebenprodukt nur Sauerstoff. Das Verfahren ist damit CO₂-frei und nachhaltig.

Die größten Vorteile von grünem Wasserstoff

Neben der nachhaltigen und CO₂-freien Herstellung sprechen auch weitere Gründe dafür, unsere Energieversorgung auf grünen Wasserstoff umzustellen. Denn das Gas hat eine Reihe günstiger Eigenschaften, wie die folgende Übersicht zeigt:

• 1 Kilogramm H₂ enthält so viel Energie wie 2,1 Kilogramm Erdgas oder 2,8 Kilogramm Benzin (bezogen auf den Heizwert)
• in tiefkalt verflüssigter Form lassen sich große Mengen des Energieträgers speichern und transportieren
• klimafreundliche und emissionsfreie Herstellung mit verschiedenen erneuerbaren Energien
• grüner Wasserstoff ermöglicht es, regenerativ erzeugten Strom zu speichern und in verschiedensten Bereichen einzusetzen (zum Beispiel Wärmeversorgung und Mobilität)
• die Verbrennung (Reaktion mit Sauerstoff) erzeugt nahezu keine schädlichen Emissionen
• geringere Stickstoffausstöße (NOx) als bei der Verbrennung von Erdgas oder Heizöl bei niedrigen Verbrennungstemperaturen
• keine Schadstoffemissionen in Niedertemperatur-Brennstoffzellen (es entsteht nur Wasser)

Die Herstellung des Energieträgers einfach erklärt

Die Wasserstoffherstellung kennen viele aus dem Chemie-Unterricht: Denn dabei setzen Experten auf die Elektrolyse von Wasser. Sie bringen zwei Elektroden in die Flüssigkeit ein und lassen Strom durch diese hindurchfließen. Das führt dazu, dass sich Wasser in Wasserstoffgas und Sauerstoff aufspaltet. Beide Gase lagern sich getrennt voneinander an der Anode beziehungsweise der Kathode an, wo sie sich entnehmen lassen. Große Anlagen erreichen dabei aktuell Wirkungsgrade von etwa 60 Prozent. Durch die aktive Forschung gehen Experten jedoch davon aus, dass sich dieser in Zukunft weiter steigern lässt.

Woher kommt grüner Wasserstoff für Deutschland? 

Nutzen Sie grünen Wasserstoff im eigenen Haus, können Sie diesen mit der Photovoltaik gewinnen und in Speichern bevorraten. Mit einer Brennstoffzellenheizung erzeugen Sie dann zeitversetzt Strom und Wärme, um sich selbst energieautark zu versorgen.

Ganzheitlich betrachtet ist das solare Energieangebot in Deutschland allerdings zu knapp, um das gesamte Land nachhaltig mit grünem Wasserstoff versorgen zu können. Aus diesem Grund setzt die Bundesrepublik auf strategische Partnerschaften mit afrikanischen Ländern sowie Australien. Neben ganzjährig vielen Sonnenstunden bieten diese auch ungenutzte Flächen für große Solarkraftwerke.

Da das solare Angebot hierzulande deutlich geringer ist, erfordert die Herstellung in Deutschland etwa dreimal so große Anlagen. Vorteilhaft wäre hingegen die Tatsache, dass sich auf diese Weise Schwankungen in der Stromerzeugung ausgleichen ließen. Außerdem würde der aufwendige Transport über den Seeweg wegfallen, wenn grüner Wasserstoff aus Deutschland käme.

Verschiedene Einsatzbereiche im Überblick  

Grüner Wasserstoff stellt eine klimafreundliche und CO₂-freie Alternative zu konventionellen Energieträgern dar. Aus diesem Grund soll er nach Plänen der Regierung zunächst dort zum Einsatz kommen, wo der lokale Bedarf sehr hoch ist. Ein Beispiel dafür ist der  Industrie-Sektor. Grüner Wasserstoff kann hier Brennöfen für Glas, Zement oder Stahl befeuern. Außerdem ist er nötig, um Abgase in Dünger, Kunststoffen und Vorstufen von Kraftstoffen umzuwandeln.

Im  Mobilitäts-Sektor  liegt der Fokus vor allem in Bereichen wie dem Flug-, Schwerlast- und Schiffsverkehr. Denn diese haben einen hohen Energiebedarf und sind für rund ein Viertel der deutschen CO₂-Emissionen verantwortlich.

Einen weiteren großen Einsatzbereich bildet der  Wärme-Sektor. Denn hier lässt sich grüner Wasserstoff nutzen, um Strom und Wärme lokal zu erzeugen. Außerdem ist es bereits heute möglich, den Energieträger zu gewissen teilen in das Erdgasnetz einzuspeisen. Während das aktuell den Bedarf fossiler Energieträger senkt, ist in Zukunft auch eine komplette Wasserstoffversorgung über das Gasnetz denkbar. Hersteller arbeiten bereits an günstigen und effizienten Brennwertthermen, die sich zu 100 Prozent mit grünem Wasserstoff betreiben lassen.