Was ist grüner Wasserstoff?

DIW-Energieökonomin Dana Kirchem erklärt anschaulich, welche Rolle Wasserstoff für die Energiewende spielt und was er alles kann - und wozu er eher nicht genutzt werden sollte. Spoiler: E-Fuels sind extrem ineffizient!

Wasserstoff kann als Energieträger genutzt werden: Die chemische Energie, die im Wasserstoff steckt, kann man in elektrische Energie umwandeln und dann als Antriebsenergie oder für die Erzeugung von Wärme nutzen. Wasserstoffgas ist erstmal farb- und geruchlos. Die Farben, die wir in der Debatte um den Wasserstoff benutzen, beziehen sich auf die Herstellung des Wasserstoffs, die kann nämlich je nach Herstellungsprozess CO2-Emissionen erzeugen und damit dem Klima schaden.

Der GRAUE Wasserstoff zum Beispiel wird mit Hilfe von Erdgas gewonnen, dabei reagiert Methan unter hohem Druck mit Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die anschließende Isolierung des Wasserstoffs erzeugt dann CO2-Emissionen. Der Großteil des Wasserstoffs, der heute in der deutschen Industrie verwendet wird, wird so erzeugt.

Bei BLAU Wasserstoff ist der Erzeugungsprozess derselbe. Das entstehende CO2 wird aber in einem sogenannten CCS Carbon capture Storage Verfahren aufgefangen, damit es nicht in die Atmosphäre gelangen kann. Auch der TÜRKISE Wasserstoff setzt auf Kohlenstoffeinlagerungen in fester Form. Diese Verfahren sind allerdings noch sehr teuer und es ist nicht klar, inwieweit sie für die Produktion von großen Mengen von Wasserstoff benutzt werden können.

Der Fokus in der Energiewende liegt nun auf dem GRÜNEN Wasserstoff. Der wird mit Hilfe der Wasserelektrolyse erzeugt: dabei reagiert Wasser mit Elektrizität zu Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn nun der Strom, der dafür benötigt wird, aus erneuerbaren Quellen wie Sonnenenergie und Windenergie erzeugt wird, entstehen dabei keine CO2-Emissionen, somit hat grüner Wasserstoff die geringsten Treibhauseffekte.

Noch ist grüner Wasserstoff allerdings im Vergleich zu grauem und blauem Wasserstoff sehr teuer. Wasserstoff ist ein wichtiger Grundstoff in der Industrie und auch ein wichtiger Baustein in der Dekarbonisierung der Industrie, da er in Prozessen wie zum Beispiel der Stahlherstellung oder auch der Glasherstellung Erdgas als Energieträger ersetzen kann. Damit ein Umstieg von Erdgas auf Wasserstoff allerdings gelingen kann, müssen diese Prozesse komplett umgestellt werden und die Verfahren dafür stecken teilweise noch in den Kinderschuhen. Das bedeutet hohe Investitionen für die Industrie.

Unkomplizierter ist die Nutzung von Wasserstoff zur Erzeugung von elektrischer Energie zum Beispiel in sogenannten Brennstoffzellen. Diese können zum Beispiel in Zügen oder auch in Autos für den Antrieb sorgen. Weiterhin kann Wasserstoff auch zu synthetischen Treibstoffen, sogenannten E-Fuels mit Hilfe von der Zugabe von Kohlenstoff weiterverarbeitet werden. Diese synthetischen Treibstoffe können dann herkömmliche flüssige Treibstoffe, zum Beispiel in Fahrzeugen, Schiffen oder auch Flugzeugen, ersetzen. Bei der Verbrennung wird der zugesetzte Kohlenstoff allerdings wieder in CO2 umgewandelt. Das bedeutet, dass diese Verfahren nur klimaneutral sind, wenn der zugesetzte Kohlenstoff vorher mit Carbon capture aus der Atmosphäre entzogen wurde.

Zu diesen konkreten Anwendungen von Wasserstoff kommt auch noch sein Potenzial, erneuerbare Energien mit Hilfe von Wasserstoff zu speichern. An besonders sonnigen oder besonders windigen Tagen wird teilweise mehr erneuerbare Energie erzeugt, als wir benötigen. Diese überschüssige, erneuerbare Energie kann in Wasserstoff umgewandelt werden und dann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn benötigt, wieder rückverstromt werden.

Das entscheidende Problem bei der Nutzung von Wasserstoff ist allerdings, bei jeder Umwandlung geht Energie verloren. Das bedeutet, dass man grünen Strom direkt nutzen sollte, wo es geht, anstatt Wasserstoff oder E-Fuels zu nutzen. Wenn zum Beispiel grüner Strom zuerst in Wasserstoff und dann in E-Fuels umgewandelt werden muss, ist das sehr ineffizient. Grüner Wasserstoff sollte also nur dort zum Einsatz kommen, wo die direkte Verwendung von Strom nicht möglich ist, also zum Beispiel im Flug oder im Schiffsverkehr oder in der Industrie. Fürs Autofahren oder auch zum Heizen gibt es daher mit batterieelektrischen Fahrzeugen oder zum Beispiel auch mit Wärmepumpen deutlich effizientere Alternativen zu Wasserstoff. Grüner Wasserstoff ist also ein wichtiger Baustein in der Energiewende, er sollte aber sehr gezielt eingesetzt werden.

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[mariemarten]

Danke! Endlich mal verständlich erklärt!

[hardy]

Gut und leicht verständlich erklärt, danke sehr 👍 Zum Thema "grünen Strom direkt nutzen": es sollte viel einfacher werden Balkonkraftwerke zu nutzen, aber da sind ja leider die regulatorischen und bürokratischen Hürden immer noch viel zu hoch. Anscheinend ist es ja wohl nicht gewollt, dass jedermann einen kleinen Teil seines Strombedarfs selber produziert... da würde den Energieversorgern ja jede Menge Geld verloren gehen und dem Staat Steuereinnahmen. 🤨

[ralfl.k.]

Belgische Uni hat nach 10 Jahren ein Modul fertig, dass mit 15% Wirkungsgrad direkt Wasserstoff aus Wasser der Luft gewinnt.
Da speicherbar viel besser als el. Strom, wo erst noch Akkus her müssen.

[ralfl.k.]

Ohne Wasserstoff können wir in Deutschland etwa 200 GWp PV und Akku's betrieben, ansonsten sind die Netz zu häufig verstopft.
MIT Wasserstoff durchaus auch hoch auf 2.000 GWp. wie viele Agri-PV. Nutzt auch viel besser die Randzeiten der Sonnenergie, also früh am Morgen und am Abend zudem auch fast jede Wintersonne. Es vereinfacht also das Kernsysteme Netzstrom & Akku.

Leider wird in Deutschland seit 3 Jahrzehnten nicht mehr gerechnet, sondern 'gefühlte' Energiepolitik gemacht.
Das Experiment Insel Pellworm erfolgte gefühlt zu 100% elektrisch und OHNE Wasserstoff und ging daher den bach runter.
Mittlerweile stellen die Inselbewohner in Eigenregie für Wasserstoff um, die Energiewender incl. Fördermittel haben sich dort aber seit Jahren nicht mehr blicken lassen - die böse, unpolitische Natur der Insel PV und Windkraft ebenda.