Erzeugung von Wasserstoff

Wasserstoff kommt in ungebundener Form auf der Erde nahezu nicht vor. Genauso wie Strom ist er eine Sekundärenergie und muss mithilfe von Rohstoffen und Energie erzeugt werden. Die verschiedenen Wasserstofftechnologien sind entscheidend für die sichere Versorgung mit klimaneutraler Energie und werden zunehmend wichtig für die deutsche Exportwirtschaft.

Verschiedene Technologierouten führen zu klimaneutralem Wasserstoff

Ein in der Industrie oft verwendetes Herstellungsverfahren ist die Dampf-Reformation von Erdgas oder Kohlenwasserstoffen aus anderen Quellen. Durch CCS gelangt das bei der Produktion anfallende CO₂ nicht in die Atmosphäre.

Klimafreundlicher Wasserstoff kann durch die Power-to-Gas-Technologie erzeugt werden, da Erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Das Power-to-Gas-Verfahren ermöglicht eine anschließende Methanisierung, mit der sich aus dem Wasserstoff nachgelagert regeneratives Gas erzeugen lässt. Dieses wie auch der regenerativ erzeugte Wasserstoff können in das vorhandene Gas-Netz eingespeist, transportiert und gespeichert werden.

Um die Entwicklung und Forschung voranzutreiben, fördert der Bund Wasserstoff vielfältig, beispielsweise über Förderprojekte zur Optimierung von Power-to-Gas und Brennstoffzellen.

Eine Möglichkeit für die Dekarbonisierung von Erdgas ist die sogenannte Methan-Pyrolyse. Dieser Prozess ermöglicht es der energieintensiven Industrie, ihre CO₂-Emissionen schon bei der Herstellung einer der Kernkomponenten auf ein Minimum zu reduzieren.

Verschiedene Erzeugungsarten von Wasserstoff sichern den Markthochlauf

Technologieoffenheit für Wasserstoffhochlauf

Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung präferiert einzig die Erzeugung von grünem Wasserstoff. Weitere Technologien zur Erzeugung von Wasserstoff sind vorhanden, praxiserprobt und langfristig wirksam. Die großen künftig benötigten Mengen an Wasserstoff verbieten daher den Ausschluss geeigneter Technologien.

Bislang fokussiert die politische Diskussion stark auf die Wasserelektrolyse. Die Menge "grünen" Wasserstoffs wird allein aber nicht ausreichen. Um den Energieträger schon bald großflächig einsetzen zu können, müssen alle Herstellungswege genutzt werden.

Alternative Wasserstoffquellen, wie z. B. Chlor-Alkali-Elektrolyse, Methan-Pyrolyse sowie Dampfreformierung mit dem Einsatz von Biomethan und/oder CCS/CCU-Technologien (Speicherung/Nutzung des entstehenden Kohlenstoffdioxids bzw. Kohlenstoffs) sollten Wasserelektrolyseuren regulatorisch gleichgestellt und nicht diskriminiert werden. Besonders zur Erreichung kurzfristiger Klimaziele spielen CCS/CCU-Technologien sowohl aufgrund des hohen künftigen Wasserstoffbedarfs als auch aus Kostengründen insbesondere für den Markthochlauf eine bedeutende Rolle. Dies gilt analog für die Methanisierung kurzfristig nicht vermeidbarer CO₂-Emissionen aus industriellen Restgasen. Grundsätzlich sind durchweg technologieoffene Ansätze zu wählen, auch um die Berücksichtigung künftiger technologischer Entwicklungen nicht zu blockieren.

Herausforderung H2

Die Kosten für die Erzeugung von grünem Wasserstoff sind noch sehr hoch.

Der Großteil des heute verwendeten Wasserstoffs stammt aus der Dampfreformierung von Erdgas. Das Verfahren ist erprobt, die Herstellungskosten sind wirtschaftlich. Die Erzeugungs- und Transportkosten für grünen Wasserstoff sind global sehr unterschiedlich. Selbst an Wind- und Solarstandorten kann dieser zurzeit aber noch nicht wirtschaftlich erzeugt werden. Hierfür müssen Erzeugungsanlagen im industriellen Maßstab gebaut werden um so große Mengen an grünem Wasserstoff den Absatzmärkten zur Verfügung stellen zu können. Kurz- und mittelfristig können blauer und türkiser Wasserstoff eine kostengünstige Alternative für eine CO₂-arme Wasserstofferzeugung darstellen.

Expertenthema

Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung

Bis zu seiner Nutzung für verschiedene Anwendungen muss der erzeugte Wasserstoff gespeichert werden. Da Wasserstoff in seiner Reinform gasförmig ist, kann er langfristig und in großen Mengen z. B. in Untergrund-Kavernenspeichern gelagert und so über das Gas-Netz transportiert werden. Die Speicherung von Wasserstoff bietet ein großes Klimaschutzpotenzial: Die volatilen Erneuerbaren stehen, umgewandelt in Wasserstoff, auch an windstillen oder sonnenarmen Tagen zur Verfügung.

Wasserstoff im Gas-Netz