Wasserstoff – Energieträger neben Wind und Sonne

Neue Entwicklungen mit Zukunftspotenzial

Wasserstoff ist einer der großen Hoffnungsträger der Energiewende. Das Element kommt auf der Erde in nahezu unerschöpflichen Mengen vor, lässt sich gut auch über längere Zeiträume speichern und über große Distanzen transportieren. Aber wie geeignet ist Wasserstoff wirklich als Energieträger?

Das Thema Wasserstoff als Energieträger in Wirtschaft und Wissenschaft bereits seit einigen Jahren immer mehr an Fahrt auf. 2015 haben sich dreizehn Partner aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft zur Initiative „Wasserstoff Brennstoffzelle Deutschland“ zusammengeschlossen, um Wasserstoff als Treibstoff der Zukunft voranzubringen. Mit dabei sind beispielsweise die Automobilkonzerne BMW, Daimler und Toyota. Gemeinsam will man nachhaltige Mobilität und umweltfreundliche Energiespeicherung durch Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in Deutschland in naher Zukunft ermöglichen. Dabei verfolgt die Initiative das Konzept der Sektorenkopplung. Die Bereiche Strom, Industrie, Wärme und Verkehr sollen durch ein intelligentes Versorgungsnetz so miteinander verbunden sein, dass Wasserstoff im großen Stil auf nachhaltige Weise generiert und dann optimal umverteilt wird.

Auch die Politik treibt das Thema derzeit stärker an. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) will mit seiner Nationalen Wasserstoffstrategie die Rahmenbedingungen für die notwendigen Investitionen und Innovationen schaffen, damit Erzeugung, Transport, Nutzung und Weiterverwendung von Wasserstoff in Zukunft auf nachhaltige Weise erfolgen können. Im Nationalen Reformprogramm 2020 nennt die Bundesregierung das Ziel, „grünen“ Wasserstoff zu nutzen, für diesen einen zügigen Markthochlauf zu unterstützen sowie entsprechende Wertschöpfungsketten zu etablieren. Grüner Wasserstoff wird durch Wasserelektrolyse erzeugt, wobei der dafür notwendige Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Es ist also politisch gewollt, dass sich grüner Wasserstoff möglichst schnell am Markt etablieren kann. Ein wichtiger Schritt. Denn momentan rechnet sich Wasserstoff als nachhaltige Energieträger noch nicht wirklich, weder ökologisch, noch ökonomisch, vor allem nicht für Endverbraucher.

Die Vision der Initiative Wasserstoff Brennstoffzelle Deutschland: synergetische Vernetzung durch Wasserstoff.© energie-für-immer.de
Die Vision der Initiative Wasserstoff Brennstoffzelle Deutschland: synergetische Vernetzung durch Wasserstoff.

Noch nichts für Privatanwender

Für Endverbraucher kann Wasserstoff vor allem in zwei Bereichen zum Einsatz kommen: der Energie- und Wärmeerzeugung fürs Eigenheim sowie als Treibstoffalternative fürs Auto. Für die private Energieerzeugung mit eigenem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Brennstoffzellentechnologie gibt es derzeit zwei Möglichkeiten zur Wasserstoffgewinnung. Die erste Variante ist, dass „grauer“ Wasserstoff generiert wird, was durch die Dampfreformierung von Erdgas geschieht. Es kommt also fossiler Brennstoff zum Einsatz, zudem entsteht dabei CO2. Auch der Hauptanteil industriell genutzten Wasserstoffs wird bisher auf diese Weise generiert. Die zweite Möglichkeit ist, ein BHKW einzusetzen, das mit Wasserelektrolysetechnik ausgestattet und mit einer PV-Anlage gekoppelt ist. Mit dieser Kombination könnte grüner Wasserstoff generiert werden. Allerdings sind die Kosten dafür noch sehr hoch, da derartige Heizungsanlagen bisher nicht in großer Serie produziert werden. Das könnte sich allerdings zukünftig ändern.

Auch im Automobilsektor ist die Brennstoffzelle noch wenig attraktiv. Zum einen wegen der höheren Anschaffungskosten, zum anderen wegen der schlechten Infrastruktur — es gibt kaum Wasserstofftankstellen in Deutschland. Zwar soll 2023 die Anzahl der Wasserstofftankstellen auf 400 erhöht werden, aber im Vergleich zu über 17.000 Batterieladestationen sowie über 14.000 Tankstellen für fossile Brennstoffe, bleibt das Angebot vorerst überschaubar. Doch das soll sich laut Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bald ändern. Sobald eine entsprechende Infrastruktur geschaffen ist, dürfte auch das Interesse der Endverbraucher an Brennstoffzellen-PKW wachsen. Zumal die Ökobilanz von Batterie und Brennstoffzelle ähnlich ist, die Brennstoffzelle allerdings klare Vorteile hinsichtlich Reichweite, Speicherzeit und Auftankdauer bringt.

© energie-für-immer.de
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Bisher beste Alternative für Nutzfahrzeuge

Im Transportwesen hingegen sehen die Prognosen besser aus. Zwar kommt Wasserstoff aufgrund des relativ hohen Energieverbrauchs bei der Herstellung nur auf einen Wirkungsgrad von 20-30%, während Batterien bei 70% liegen, allerdings stellen die geringe Reichweite und das hohe Gewicht von Batterien ein Problem dar, wenn schwere Lasten oder viele Personen über lange Strecken transportiert werden sollen. Hier bietet sich Wasserstoff bisher als beste Alternative zu Fossilen Brennstoffen wie Diesel an und die Technologie amortisiert sich durch die hohe Fahrzeugauslastung auch viel eher als im privaten Bereich. Laut der Initiative „Wasserstoff Brennstoffzelle Deutschland“ könnten beispielsweise mit jedem Dieselbus, der durch einen Brennstoffzellenbus ersetzt wird, 50t CO2 eingespart werden. Ein Zug mit Wasserstofftechnologie würde sogar 700t CO2 weniger ausscheiden als ein Dieselzug. Vom Wirkungsgrad her liegen Wasserstoff und Diesel in etwa gleich auf.

Viel Zukunftspotenzial

Laut Bundesministerium für Wirtschaft und Energie birgt Wasserstoff nicht nur Energiepotenzial. Auch 5,4 Mio. Arbeitsplätze werden in der Wasserstoff-Industrie bis 2050 prognostiziert sowie ein Jahresumsatz von 800 Mrd. Euro. Die Entwicklung von Wasserstoff als flächendeckender Energieträger steckt zwar noch in den Kinderschuhen, aber die politischen Weichen für ein kräftiges Wachstum sind mit dem Nationalen Reformprogramm 2020 gestellt. Somit wird das Thema Wasserstoff in den kommenden Jahren voraussichtlich bedeutend an Fahrt aufnehmen. Gelingt es, Technologie und Infrastruktur entsprechend voranzubringen sowie Synergien zwischen Sektoren zu nutzen, wird sich Wasserstoff tatsächlich bald als nachhaltiger Energieträger neben Wind und Sonne einreihen.

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Wasserstoff wird auf vier verschiedene Arten gewonnen werden. Jeder Herstellungsart ist eine Farbe zugeordnet:

Grüner Wasserstoff

„Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100% aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Grauer Wasserstoff

„Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO2 umgewandelt (Dampfreformierung). Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Blauer Wasserstoff

„Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Türkiser Wasserstoff

„Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

„Wir müssen heute die Weichen dafür stellen, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien die Nummer 1 in der Welt wird.“
Peter Altmaier, Bundesminister für Wirtschaft und Energie auf der Stakeholder-Konferenz „Wasserstoff und Energiewende“ am 5. November 2019 in Berlin

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