Wasserstoff gehört die Zukunft

Was­ser­stoff wird in un­se­rem künf­ti­gen Ener­gie­sys­tem ei­ne wich­ti­ge Rol­le spie­len. Der gas­för­mi­ge Ener­gie­trä­ger ist sehr viel­sei­tig und lässt sich in In­dus­trie und Ge­wer­be, in der Strom- und Wär­me­er­zeu­gung oder in der Mo­bi­li­tät an­wen­den. Durch Was­ser­stoff wer­den er­neu­er­ba­re Ener­gien in gro­ßen Men­gen spei­cher­bar und trans­port­fä­hig. Er ist al­so ein zen­tra­ler Bau­stein auf dem Weg hin zu Deutsch­lands Kli­ma­neu­tra­li­tät. Die be­reits vor­han­de­ne Gas-In­fra­struk­tur kann zu­künf­tig da­für ge­nutzt wer­den, um Was­ser­stoff statt Erd­gas zu den Ver­brau­chen­den zu trans­por­tie­ren. 

Wasserstoff: Unverzichtbar für die Energiewende 

Sauber, speicherbar, verfügbar

Mit der Na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie hat die Bun­des­re­gie­rung 2020 ein mil­li­ar­den­schwe­res Pro­gramm für die Was­ser­stoff-Tech­no­lo­gie er­las­sen und setzt auf den Ener­gie­trä­ger, um die Kli­ma­zie­le zu er­rei­chen. Zu Recht, denn Was­ser­stoff kann ei­nen wich­ti­gen Bei­trag zur Ener­gie­wen­de leis­ten.

Was­ser­stoff ist ein ide­a­ler Ener­gie­trä­ger und kann das Spei­cher­pro­blem er­neu­er­ba­rer Ener­gien lö­sen: Das kom­pri­mier­te Gas lässt sich zu­ver­läs­sig spei­chern und leicht trans­por­tie­ren. Die­ses Gas steht zu al­len Ta­ges- und Jah­res­zei­ten zur Ver­fü­gung und ist in gro­ßen Men­gen vor­han­den. Da Was­ser­stoff nicht was­ser­ge­fähr­dend ist, kann er auch in Trink­was­ser­schutz­ge­bie­ten zum Ein­satz kom­men. Durch den Ein­satz von Was­ser­stoff ent­ste­hen kei­ne di­rek­ten lo­ka­len CO2-Emis­si­o­nen, son­dern nur Was­ser­dampf. Wir kön­nen mit ihm hei­zen, Strom er­zeu­gen und Au­to fah­ren. Durch die­se viel­fäl­ti­gen An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten trägt Was­ser­stoff zu ei­ner kli­ma­neu­tra­len Ener­gie­ver­sor­gung bei und kann ei­ne wich­ti­ge Rol­le in un­se­rem künf­ti­gen Ener­gie­sys­tem ein­neh­men.

Langfristiger Energiespeicher

Die wet­ter­ab­hän­gi­ge Ver­füg­bar­keit er­neu­er­ba­rer Ener­gien ist ei­ne der zen­tra­len He­raus­for­de­run­gen, vor der das kli­ma­neu­tra­le Ener­gie­sys­tem der Zu­kunft steht. Die Strom­er­zeu­gung aus Son­nen- oder Wind­kraft un­ter­liegt Schwan­kun­gen, sie rich­ten sich nicht nach der Nach­fra­ge. Un­ser Strom­sys­tem ist da­rauf aus­ge­legt, dass das Strom­an­ge­bot nie ge­rin­ger als die Strom­nach­fra­ge ist, sonst kann der teil­wei­se Zu­sam­men­bruch der Strom­ver­sor­gung dro­hen. Da je­doch auch Strom ver­braucht wird, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht, brau­chen wir Strom­spei­cher.

Künf­tig kön­nen Zei­ten, in de­nen mehr Strom aus Wind- und Son­nen­ener­gie pro­du­ziert als ver­braucht wird, ge­nutzt wer­den, um aus über­schüs­si­gem Öko­strom grü­nen Was­ser­stoff her­zu­stel­len. Die­ser kann ver­lust­frei ge­la­gert wer­den und bleibt so lang­fris­tig nutz­bar. Die be­ste­hen­de Gas-In­fra­struk­tur ist da­für ide­al: Mit ih­rem über 500.000 km lan­gen Lei­tungs­netz und ih­ren Spei­chern kann gas­för­mi­ge Ener­gie für rund 3 Mo­na­te des Jah­res­ver­brauchs von Deutsch­land ein­ge­spei­chert wer­den.

Was ist Wasserstoff?

Was­ser­stoff (H2) ist ein ge­ruch­lo­ses und un­gif­ti­ges Gas. Es ist das ers­te und leich­tes­te Ele­ment im Pe­ri­o­den­sys­tem der Ele­men­te und das häu­figs­te Ele­ment in un­se­rem Uni­ver­sum. In rei­ner Form kommt Was­ser­stoff auf der Er­de je­doch kaum vor, son­dern ist che­misch ge­bun­den, zum Bei­spiel in Was­ser, Bio­mas­se oder Me­than. So­mit muss Was­ser­stoff er­zeugt wer­den und ist wie Strom kei­ne Pri­mär-, son­dern ei­ne Se­kun­där­ener­gie.

Was­ser­stoff ist ein sehr gu­ter Ener­gie­spei­cher: Mit 33,33 kWh/kg hat der Ener­gie­trä­ger auf die Mas­se be­zo­gen die höchs­te Ener­gie­dich­te von al­len Brenn­stof­fen. Ein Ki­lo­gramm Was­ser­stoff ent­hält et­wa so viel Ener­gie wie drei Li­ter Ben­zin.

Was­ser­stoff ist et­wa 14-mal leich­ter als Luft. Das farb­lo­se Gas be­sitzt vie­le vor­teil­haf­te Ei­gen­schaf­ten: Es ist we­der ra­di­o­ak­tiv noch ät­zend oder was­ser­ge­fähr­dend. Das Gas ent­zün­det sich nicht selbst und ver­brennt rück­stands­frei. Das Gas ist be­reits heu­te Aus­gangs­stoff für zahl­rei­che in­dus­tri­el­le An­wen­dun­gen.

Klimaschutzpotenzial Wasserstoff 

In Zu­kunft wird Was­ser­stoff in vie­len Be­rei­chen ei­ne wich­ti­ge Rol­le spie­len. Das Gas und auch sei­ne De­ri­va­te sind viel­sei­tig ein­setz­bar, ins­be­son­de­re in schwer elek­tri­fi­zier­ba­ren Be­rei­chen. Was­ser­stoff kann so schritt­wei­se die fos­si­len Ener­gie­trä­ger, zum Bei­spiel Erd­gas, in der In­dus­trie, im Ver­kehrs­sek­tor und in der Wär­me­ver­sor­gung er­set­zen. Ak­tu­ell kön­nen tech­nisch schon bis zu 30 Pro­zent Was­ser­stoff­bei­mi­schung über das be­ste­hen­de Gas-Netz trans­por­tiert wer­den. Ge­ra­de ther­mi­sche Pro­zes­se in der In­dus­trie las­sen sich nur schwer oder teil­wei­se gar nicht elek­tri­fi­zie­ren. Was­ser­stoff bie­tet die Lö­sung, um beim zweit­größ­ten Ver­ur­sa­cher von Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen in Deutsch­land die CO2-Emis­si­o­nen schnell und be­zahl­bar zu sen­ken.

Die In­no­va­ti­ons­kraft von Was­ser­stoff ist enorm. Da­mit er sein Kli­ma­schutz­po­ten­zi­al zü­gig ent­fal­ten kann, müs­sen der Markt­hoch­lauf for­ciert und Wert­schöp­fungs­ket­ten eta­bliert wer­den. Mitt­ler­wei­le gibt es so­wohl auf Lan­des- und Bun­des­ebe­ne als auch auf eu­ro­pä­i­scher Ebe­ne ei­ne Viel­zahl an För­der­pro­gram­men für die Re­a­li­sie­rung von Was­ser­stoff­pro­jek­ten und -re­gi­o­nen. Die Bun­des­re­gie­rung hat 2021 zu­dem 62 deut­sche Groß­vor­ha­ben aus­ge­wählt, die im Rah­men der eu­ro­pä­i­schen För­der­mög­lich­keit "Important Projects of Common European Interest (IPCEI)" bei der Ent­wick­lung und Re­a­li­sie­rung von Was­ser­stoff­pro­jek­ten un­ter­stützt wer­den.

Erzeugung von Wasserstoff 

Die na­tür­li­chen Vor­kom­men von rei­nem Was­ser­stoff auf der Er­de sind zu ver­nach­läs­si­gen. Er kommt fast nur in ge­bun­de­ner Form vor. Die be­kann­tes­te Ver­bin­dung ist Was­ser. Was­ser­stoff kann auf un­ter­schied­li­chen We­gen her­ge­stellt wer­den. Aus­gangs­stof­fe sind Roh­stof­fe wie Was­ser, Erd­gas oder Bio­mas­se und Ener­gie, die zu­ge­führt wird. Ak­tu­ell wird Was­ser­stoff in der Re­gel aus Erd­gas her­ge­stellt. Da­bei ent­steht CO2, das bis­wei­len in die At­mo­sphä­re ge­langt. Al­ler­dings gibt es auch We­ge, auf de­nen der gas­för­mi­ge Ener­gie­trä­ger na­he­zu kli­ma­neu­tral her­ge­stellt wer­den kann. Je nach Er­zeu­gungs­art trägt Was­ser­stoff un­ter­schied­li­che Na­men: blau­er, tür­ki­ser oder grü­ner Was­ser­stoff.

Beim Ein­satz von Was­ser­stoff ent­ste­hen kei­ne di­rek­ten, lo­ka­len CO2-Emis­si­o­nen, son­dern nur Was­ser­dampf. Zu­dem kann die be­reits vor­han­de­ne Gas-In­fra­struk­tur ge­nutzt wer­den, um den Was­ser­stoff zu trans­por­tie­ren und zu spei­chern. Da­durch kann die Ener­gie­wen­de vor al­lem auch so­zi­al­ver­träg­lich ge­stal­tet wer­den, da we­ni­ger In­ves­ti­ti­o­nen in neue In­fra­struk­tur not­wen­dig sind.

Um die Erd­er­wär­mung auf un­ter 1,5 °C zu be­gren­zen, ver­folgt Deutsch­land zu­sam­men mit den Staa­ten der Eu­ro­pä­i­schen Union das Ziel der Kli­ma­neu­tra­li­tät bis 2050. Auf na­ti­o­na­ler Ebe­ne soll das Ziel be­reits fünf Jah­re vor­her, al­so 2045, er­reicht sein. Deutsch­land braucht Al­ter­na­ti­ven zu fos­si­len Ener­gie­trä­gern und ei­nen Spei­cher für über­schüs­si­gen Strom aus er­neu­er­ba­ren Ener­gie­quel­len. Was­ser­stoff bie­tet da­für Lö­sun­gen und kann auf­grund sei­ner viel­fäl­ti­gen Ein­satz­mög­lich­kei­ten ei­ne Schlüs­sel­rol­le ein­neh­men.

Was­ser­stoff als Ener­gie­trä­ger wur­de be­reits An­fang des 20. Jahr­hun­derts ent­deckt und ver­wen­det. In der che­mi­schen In­dus­trie ist er ein un­ver­zicht­ba­rer Ener­gie­trä­ger und wird dort un­ter an­de­rem zur Am­mo­ni­ak­pro­duk­ti­on für Dün­ge­mit­tel ein­ge­setzt. Und auch in Brenn­stoff­zel­len-Hei­zun­gen wird Was­ser­stoff zur Er­zeu­gung von Wär­me, Warm­was­ser und Strom ver­wen­det. Ers­te Fahr­zeu­ge wie Bus­se und Pkw, die Was­ser­stoff als An­triebs­ener­gie nut­zen, gibt es eben­falls. Und der ener­gie­wirt­schaft­li­che Stel­len­wert nimmt wei­ter zu. Län­der wie Ja­pan oder Süd­ko­rea ha­ben zum Bei­spiel Erd­gas in der Wär­me­er­zeu­gung in gro­ßen Men­gen durch Was­ser­stoff er­setzt.

Für den Was­ser­stoff­hoch­lauf wer­den al­le Tech­no­lo­gien zur Her­stel­lung von CO2-ar­men Was­ser­stoff be­nö­tigt. Lang­fris­tig ist grü­ner Was­ser­stoff zu be­vor­zu­gen. Da­für ist ein in­ten­si­ver Aus­bau der er­neu­er­ba­ren Ener­gien nö­tig.

Durch Elek­tro­ly­se kann Was­ser­stoff aus Son­nen- und Wind­ener­gie ge­won­nen wer­den. Die Men­ge grü­nen Was­ser­stoffs wird al­lein aber nicht aus­rei­chen. Damit der Ener­gie­trä­ger schon bald groß­flä­chig eingesetzt werden kann, ist ei­ne größt­mög­li­che Viel­falt in der Was­ser­stoff­er­zeu­gung not­wen­dig, um z. B. den CO2-Aus­stoß der In­dus­trie so schnell wie mög­lich zu re­du­zie­ren. Um den Hoch­lauf der Was­ser­stoff­wirt­schaft zu be­schleu­ni­gen, müs­sen auch an­de­re CO2-ar­me Her­stel­lungs­pro­zes­se von Was­ser­stoff ge­nutzt wer­den. Da­zu ge­hört ne­ben der Elek­tro­ly­se die Dampf­re­for­mie­rung von Erd­gas, bei der das ent­ste­hen­de CO2 an­schlie­ßend un­ter­ir­disch ge­spei­chert wer­den kann. Oder die Py­ro­ly­se, bei der Erd­gas in Was­ser­stoff und fes­ten Koh­len­stoff zer­legt wird.

Aber ganz oh­ne Im­port wer­den wir den Be­darf an CO2-ar­men Was­ser­stoff nicht de­cken kön­nen. Das sieht auch die Bun­des­re­gie­rung so und hat ih­re Na­ti­o­na­le Was­ser­stoff­stra­te­gie da­hin­ge­hend aus­ge­rich­tet. Wir brau­chen vor al­lem in der EU ver­läss­li­che Part­ner für die Ge­win­nung und den Trans­port von Was­ser­stoff so­wie Ko­ope­ra­ti­o­nen und Im­port­struk­tu­ren. Das bie­tet auch die Chan­ce zum Aus­bau des EU-wei­ten Ener­gie-Bin­nen­mark­tes und zur Ko­ope­ra­ti­on mit son­nen- und wind­rei­chen Ent­wick­lungs­län­dern, die ein gro­ßes Po­ten­zi­al im Be­reich er­neu­er­ba­rer Ener­gien ha­ben. Von ih­nen könn­te Deutsch­land den wert­vol­len grü­nen Was­ser­stoff im­por­tie­ren, um die ei­ge­ne Pro­duk­ti­on auf­zu­sto­cken. Auch die Gas-In­fra­struk­tur wird sich da­für wan­deln müs­sen.

21 Mil­li­o­nen Haus­hal­te in Deutsch­land hei­zen mit Gas. Da die vor­han­de­ne Gas-In­fra­struk­tur so­wie die Gas-Heiz­ge­rä­te zum gro­ßen Teil be­reits H2-ready sind, bie­tet der Ener­gie­trä­ger auch im Ge­bäu­de­sek­tor die Mög­lich­keit ei­ner ra­schen, aber vor al­lem auch be­zahl­ba­ren De­kar­bo­ni­sie­rung. So­fern bei der Her­stel­lung von Was­ser­stoff al­le We­ge ge­nutzt wer­den, kann ein schnel­ler Markt­hoch­lauf des Ener­gie­trä­gers ge­währt wer­den. Da­durch wird Was­ser­stoff in aus­rei­chen­den Men­gen, zu wett­be­werbs­fä­hi­gen Prei­sen und für al­le Sek­to­ren zur Ver­fü­gung ste­hen.

Mitt­ler­wei­le gibt es so­wohl auf Lan­des- und Bun­des­ebe­ne als auch auf eu­ro­pä­i­scher Ebe­ne ei­ne Viel­zahl an För­der­pro­gram­men für die Re­a­li­sie­rung von Was­ser­stoff­pro­jek­ten und -re­gi­o­nen. Nord­rhein-West­falen för­dert bei­spiels­wei­se drei Re­gi­o­nen im Rah­men des För­der­pro­gramms "Mo­dell­kom­mu­ne/-re­gi­on Was­ser­stoff­mo­bi­li­tät NRW". Und im Rah­men von "HyLand" und "Real­la­bo­re der Ener­gie­wen­de" wer­den deutsch­land­weit Re­gi­o­nen und Pro­jek­te ge­för­dert. Die Bun­des­re­gie­rung hat 2021 zu­dem 62 deut­sche Groß­vor­ha­ben aus­ge­wählt, die im Rah­men der eu­ro­pä­i­schen För­der­mög­lich­keit "Important Projects of Common European Interest (IPCEI)" bei der Ent­wick­lung und Re­a­li­sie­rung von Was­ser­stoff­pro­jek­ten un­ter­stützt wer­den.

Wasserstoff groß und pragmatisch denken

Mit ih­rer Na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie hat die Bun­des­re­gie­rung am 10. Ju­ni 2020 das The­ma Was­ser­stoff erst­mals und ernst­zu­neh­mend in den Blick­punkt der welt­wei­ten Ener­gie­wen­de ge­rückt. Sie hat da­mit ei­nen in­ter­na­ti­o­nal viel be­ach­te­ten Im­puls ge­ge­ben, der auch im Aus­land ähn­li­che Ini­ti­a­ti­ven aus­ge­löst hat. 1.000 Ta­ge spä­ter kön­nen wir kons­ta­tie­ren: Der Start in die Was­ser­stoff­zu­kunft ist ge­lun­gen. Was­ser­stoff, oder all­ge­mei­ner "er­neu­er­ba­re und de­kar­bo­ni­sier­te Ga­se" sind fest in der Ener­gie­wen­de ver­an­kert.

Ein Er­folgs­bei­spiel ist die Stif­tung H2Global, die ge­grün­det wur­de, um den Hoch­lauf des Was­ser­stoff­markts welt­weit vo­ran­zu­brin­gen. Ei­ne ef­fi­zien­te Ver­zah­nung der För­der­ins­tru­men­te über die ge­sam­te Lie­fer­ket­te hin­weg kann auch ei­ne wirk­sa­me eu­ro­pä­i­sche Ant­wort auf den Inflation Reduction Act (IRA) der USA ge­ben. Ge­ra­de mit Blick auf den IRA und un­se­re Wett­be­werbs­fä­hig­keit auf dem glo­ba­len Markt dür­fen wir nun aber nicht bei rei­nen Ab­sichts­er­klä­run­gen ste­hen blei­ben. Wir be­nö­ti­gen jetzt ei­ne prag­ma­ti­sche He­ran­ge­hens­wei­se, denn wir müs­sen und wol­len Was­ser­stoff statt Richt­li­nien pro­du­zie­ren. Für ei­nen in­ter­na­ti­o­nal funk­ti­ons­fä­hi­gen Was­ser­stoff­markt brau­chen wir vor al­lem kla­re Her­kunfts­nach­wei­se. So wie sich heu­te Bio-Oran­gen aus Spa­nien pro­blem­los auch in Deutsch­land als Bio-Oran­gen ver­kau­fen las­sen, muss dies auch mit grü­nem Was­ser­stoff aus Spa­nien mög­lich sein. Ein po­si­ti­ves Sig­nal hier­bei ist, dass das Bun­des­wirt­schafts­mi­nis­te­ri­um in sei­ner Fort­schrei­bung der Stra­te­gie auch blau­en Was­ser­stoff für den schnel­len Hoch­lauf för­dern will. Auch hier gilt: Wir müs­sen bei Was­ser­stoff und neuen Ga­sen end­lich groß und prag­ma­tisch den­ken.

Expertenthema
Plattform H2 kommunal: Netzwerk für Wasserstoff in Kommunen

Plattform für kommunale Wasserstofferzeugung

Mit H2 kom­mu­nal gibt es ei­ne Platt­form, die re­gi­o­na­len Ak­teu­ren beim Auf­bau der Was­ser­stoff­wirt­schaft ei­ne star­ke Stim­me gibt. Das Netz­werk bie­tet re­gi­o­na­len Ener­gie­ver­sor­gern und Stadt­wer­ken Un­ter­stüt­zung bei der Ent­wick­lung und Um­set­zung von kom­mu­na­len Was­ser­stoff­pro­jek­ten.

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