Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Was­ser­stoff ist der Ener­gie­trä­ger der Zu­kunft. Der gas­för­mi­ge Ener­gie­trä­ger lässt sich in In­dus­trie und Ge­wer­be, in der Strom- und Wär­me­er­zeu­gung oder in der Mo­bi­li­tät an­wen­den. Was­ser­stoff kann die er­neu­er­ba­ren Ener­gien in gro­ßen Men­gen spei­cher­bar und trans­port­fä­hig ma­chen. Die be­reits vor­han­de­ne Gas­-In­fra­struk­tur kann zu­künf­tig da­für ge­nutzt wer­den, um Was­ser­stoff statt Erd­gas zu den Ver­brau­chen­den zu trans­por­tie­ren. 

Was ist Wasserstoff?

Was­ser­stoff (H2) ist ein ge­ruch­lo­ses und un­gif­ti­ges Gas. Es ist das ers­te und leich­tes­te Ele­ment im Pe­ri­o­den­sys­tem der Ele­men­te. In rei­ner Form kommt Was­ser­stoff auf der Er­de kaum vor, son­dern er ist che­misch ge­bun­den. So­mit muss Was­ser­stoff er­zeugt wer­den und ist wie Strom kei­ne Pri­mär-, son­dern ei­ne Se­kun­där­ener­gie.

Mit 33,33 kWh/kg hat der Energieträger Wasserstoff auf die Masse bezogen den höchs­ten Ener­gie­ge­halt von allen Brennstoffen. Im Vergleich:

  • Methan: 13,9 kWh/kg
  • Benzin: 12,0 kWh/kg
  • Diesel: 11,9 kWh/kg
  • Rohöl: 11,6 kWh/kg

Ein Ki­lo­gramm Was­ser­stoff ent­hält et­wa so viel Ener­gie wie drei Li­ter Ben­zin.

Was­ser­stoff ist et­wa 14-mal leich­ter als Luft. Es ist ein farb- und ge­ruch­lo­ses Gas und be­sitzt wei­te­re vor­teil­haf­te Ei­gen­schaf­ten:

  • nicht ex­plo­siv im Freien
  • nicht selbst­ent­zünd­lich
  • nicht zer­falls­fä­hig (wie. z. B. Acetylen)
  • nicht oxi­die­rend und nicht brand­för­dernd
  • nicht gif­tig
  • nicht ät­zend
  • nicht was­ser­ge­fähr­dend
  • nicht ra­di­o­ak­tiv
  • nicht krebs­er­zeu­gend

Vorteile von Wasserstoff

Sauber, speicherbar, verfügbar

Mit der Na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie hat die Bun­des­re­gie­rung 2020 ein mil­li­ar­den­schwe­res Pro­gramm für die Was­ser­stoff-Tech­no­lo­gie er­las­sen. Zu Recht, denn Was­ser­stoff kann ei­nen gro­ßen Bei­trag zur Ener­gie­wen­de leis­ten. Die In­no­va­ti­ons­kraft in die­sem Be­reich ist groß. In 62 deut­schen Pro­jek­ten wird der Markt­hoch­lauf der Was­ser­stoff­tech­no­lo­gien mit­tels der Important Projects of Common European Interest (IPCEI) ge­för­dert.

Was­ser­stoff ist ein ide­a­ler Ener­gie­trä­ger: Er lässt sich als kom­pri­mier­tes Gas oder tief­ge­kühl­te Flüs­sig­keit leicht trans­por­tie­ren und re­la­tiv ein­fach spei­chern. Er steht zu al­len Ta­ges- und Jah­res­zei­ten zur Ver­fü­gung und ist als Be­stand­teil des Was­sers in gro­ßen Men­gen vor­han­den. Da er nicht was­ser­ge­fähr­dend ist, kann der sau­be­re Ener­gie­trä­ger auch in Trink­was­ser­schutz­ge­bie­ten zum Ein­satz kom­men. Durch den Ein­satz von Was­ser­stoff ent­ste­hen kei­ne di­rek­ten lo­ka­len CO2-Emis­si­o­nen, son­dern nur Was­ser­dampf. So kann der Ener­gie­trä­ger ei­nen maß­geb­li­chen Bei­trag zum Kli­ma­schutz leis­ten. Und wir kön­nen mit ihm hei­zen, Strom er­zeu­gen und Au­to fah­ren. Durch die­se viel­fäl­ti­gen An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten trägt Was­ser­stoff zu ei­ner kli­ma­neu­tra­len Ener­gie­ver­sor­gung bei.

Bei der Ver­bren­nung gibt Was­ser­stoff sei­ne che­misch ge­spei­cher­te Ener­gie in Form von Wär­me ab, in der Brenn­stoff­zel­le in Form von Strom und Wär­me. Was­ser­stoff hat ei­nen sehr ho­hen Ener­gie­ge­halt so­wie ei­ne deut­lich ge­rin­ge­re Dich­te als Ben­zin und ist da­her sehr ein­fach in gro­ßen Men­gen zu spei­chern. Bei­des zu­sam­men sind wich­ti­ge Vo­raus­set­zun­gen für sei­ne Eig­nung als Ener­gie­spei­cher.

Klimaschutzpotenzial Wasserstoff

Was­ser­stoff kann viel­sei­tig ein­ge­setzt wer­den. Das Gas er­mög­licht die Spei­che­rung und den Trans­port von er­neu­er­ba­rem Strom zu den Ab­neh­me­rin­nen und Ab­neh­mern und kann so schritt­wei­se die fos­si­len Ener­gie­trä­ger in der In­dus­trie, im Ver­kehrs­sek­tor und in der Wär­me­ver­sor­gung er­set­zen. Ge­ra­de in­dus­tri­el­le Pro­zes­se 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.

Verwendung H2

Erzeugung von Wasserstoff

Was­ser­stoff kann auf un­ter­schied­li­chen We­gen her­ge­stellt wer­den. Aus­gangs­stof­fe sind Roh­stof­fe wie Was­ser, Erd­gas oder Bio­mas­se und Ener­gie, die zu­ge­führt wer­den. 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.

Herstellung von 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.

H2 im Gas-Netz

Durch Elek­tro­ly­se kann Was­ser­stoff aus Son­nen- und Wind­ener­gie ge­won­nen wer­den. Die Men­ge "grü­nen" Was­ser­stoffs wird al­lein aber nicht aus­rei­chen. Um den Ener­gie­trä­ger schon bald groß­flä­chig ein­set­zen zu kön­nen, 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.

H2-Herstellung Chancen und Risiken

21 Mil­li­o­nen Haus­hal­te in Deutsch­land hei­zen mit Gas. Da die be­reits 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.

HyLand Reallabore H2-Projektkarte
Branchennews 21. März 2023

Lhyfe und Centrica wollen grünen Offshore-Wasserstoff in Großbritannien erzeugen

Zur Meldung
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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