Wasserstoff

Wasserstoff als Energielieferant: Chancen und Risiken

Wasserstoff gilt als möglicher Heilsbringer für die Energiewende. Der Einsatz in der Industrie und im Verkehrswesen könnte erhebliche Mengen an CO2 einsparen, weshalb die Bundesregierung auch Technologien rund um den Wasserstoff fördert.

Ökologische FußabdruckIm Juni hat die Bundesregierung die "Nationale Wasserstoff-Strategie" ins Leben gerufen. Deutschland soll eine Vorreiterrolle übernehmen.© Mopic / Fotolia.com

Das chemische Element Wasserstoff (H) kommt auf der Erde hauptsächlich in Form des sogenannten molekularen Wasserstoffs (H2) vor, einem Gas, welches sowohl farb- als auch geruchlos ist. Als Bestandteil von Wasser ist er in allen Lebewesen vorhanden. Außerdem wird Wasserstoff als das häufigste Element im Universum bezeichnet. Wasserstoff kann beispielsweise bei der Stromerzeugung, für die Herstellung alternativer Kraftstoffe und zur Langzeitspeicherung eingesetzt werden.

Brennstoffzelle: Aus Wasserstoff wird Strom und Wärme

Als Antriebskraft der Zukunft bietet sich die Technologie der Brennstoffzelle an. weil sie keinerlei umweltschädliche Emissionen erzeugt. Der große Vorteil dieser "sauberen" Verbrennung von Wasserstoff liegt darin begründet, dass als "Abfallprodukt" ausschließlich Wasser entsteht. Eine Brennstoffzelle funktioniert dabei als Energiewandler. Der Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt, was eine chemische Reaktion zur Folge hat, die Energie freisetzt: Wasser, Strom und Wärme entstehen. Aber auch der Wasserstoff muss zuvor hergestellt werden. Bisher wird hierzu häufig Erdas eingesetzt.

Grüner Wasserstoff als Energielieferant

Um "grünen" Wasserstoff erzeugen zu können, wird das Verfahren der Elektrolyse mit Hilfe von Ökostrom angewendet. Hierbei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, wobei aber nicht etwa Erdgas, sondern beispielsweise Sonnenenergie zum Einsatz kommt. Denn ähnlich wie bei herkömmlichen Elektroautos ist Wasserstoff nur dann wirklich umweltfreundlich, wenn auch der Strom, der zu dessen Herstellung verwendet wird, umweltfreundlich erzeugt wurde.

Die größte Schwierigkeit bei der Nutzung von Wasserstoff als Energielieferant besteht darin, Wasserstoff in ausreichender Menge zu produzieren. Die Gewinnung von Wasserstoff ist sehr energieintensiv und bisher auch teurer als die Nutzung klassischer Energieträger.

Es gibt grünen, blauen und grauen Wasserstoff. Grüner Wasserstoff wird mittel Elektrolyse hergestellt und der Strom dafür wird mit Hilfe Erneuerbarer gewonnen. Bei grauem Wasserstoff wird Strom aus fossilen Energieträgern genutzt. Bei blauem Wasserstoff wird Erdgas in CO2 und Wasserstoff gespalten, das CO2 wird gespeichert (Verfahren: "Carbon Capture and Storage").

Power to Gas Die Einsatzgebiete von Wasserstoff sind sehr vielseitig. © Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Power-to-Gas oder Methan als CO2-Speicher

Die schwankenden Strommengen, die Wind- und Solaranlagen liefern, stellen die Netzbetreiber vor eine Herausforderung. Teilweise werden Kraftwerke gedrosselt, wenn plötzlich zu viel Strom in das Netz eingespeist wird. Bei den Speichertechnologien hapert es nämlich noch.

Eine Lösung nennt sich in diesem Zusammenhang "Power-To-Gas". Hierbei wird der überflüssige Ökostrom genutzt, um mittel Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff umzuwandeln. Der Wasserstoff kann dann direkt oder in Form von synthetischem Erdgas in das Erdgas-Netz eingespeist werden. Danach kann der Wasserstoff wie gewöhnliches Erdgas auch zum Heizen oder zur Stromerzeugung genutzt werden. Er kann aber auch sofort als Energielieferant eingesetzt werden.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für Wasserstoff

Brennstoffzellen in Privathaushalten

Kleine private Kraftwerke, die sowohl Strom als auch Wärme produzieren: Das soll eine der Möglichkeiten sein, die Brennstoffzelle auch für private Haushalte nutzen zu können. Bisher kommt bei Hausbrennstoffzellen hauptsächlich Erdgas zum Einsatz, mit dem mit Hilfe eines Reformers Wassserstoff hergestellt wird. Wie der TÜV Süd auf seiner Webseite erläutert, widmen sich immer mehr Hersteller von Heizsystemen der zukünftigen Installation von Hauskraftwerken, die ohne Ergas oder andere fossile Brennstoffe auskommen. Wasserstoff für die Brennstoffzellenheizung kann beispielsweise auch mit Hilfer einer Photovoltaikanlage gewonnen werden. Statt eines Reformers wie bei der Variante mit Erdgasnutzung kommt hier ein sogenannter Elektrolyseur zum Einsatz.

Industrieproduktion

Hauptanwender von Wasserstoff könnte die Industrie werden. Um in diesem Wirtschaftsbereich CO2 einzusparen, erwägt man hier den Umstieg von Erdgas auf Wasserstoff. Schweden versucht sich in einem Pilotprojekt zusammen mit dem Energiekonzern Vattenfall in der Stahlproduktion unter der Verwendung von Wasserstoff. Die Erprobung soll aufzeigen, ob und wenn ja unter welchen Bedingungen Wasserstoff in der Stahlproduktion zum Einsatz kommen kann. Allerdings steckt auch auf diesem Gebiet die Entwicklung bislang in den Kinderschuhen. Wasserstoff soll später beispielweise bei der Stahl- und Metallverarbeitung, in der Zement- und Keramikherstellung und im Raffinerie- und Chemiebereich eingesetzt werden.

Funktion Brennstoffzelle (Wasserstoff) Wasserstoff kann in das Erdgasnetz eingespeist werden, es kann aber auch direkt verwendet werden. © Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Wasserstoff als Stromspeicher

Betreibern einer Photovoltaikanlage sind mit diesem Phänomen bereits vertraut: An sehr sonnigen Tagen ist der Kurzzeitspeicher sehr schnell aufgeladen und überschüssige Energie ins Stromnetz eingespeist. Bei andauernder Produktion droht eine Abschaltung, weil andernfalls eine Netzüberlastung entstehen kann. An diesem Punkt kommt die Wasserstoffspeicherung ins Spiel. Die zu viel produzierte Energie kann dafür genutzt werden, Wasserstoff zu erzeugen und diesen in Metallhydridspeichern zu lagern. Diese Spezialtanks sollen verhindern, dass Wasserstoff entweicht und die gespeicherte Energie verloren geht.

Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge

Fahrzeuge, die mit Wasserstoff betrieben werden, sind längst auf dem Markt. Auch sie stoßen weder CO2 noch Kohlenmonoxid oder Stickoxide aus. Eine Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff in Strom um, mit der der Elekromotor angetrieben wird. Als Hauptgründe dafür, warum sich die Autos bisher nur langsam verbreiten, gilt die teure Produktion und die fehlende Infrastruktur. Der Vorteil beispielsweise gegenüber batteriebetriebenen Fahrzeugen ist die hohe Reichweite.

Laut dem Bundeministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur sind Wasserstoff und Brennstoffzellen "Schlüsseltechnologien für die Elektrisierung der Verkehrsantriebe". Viele Länder testen bereits den Einsatz von Wasserstoff bei öffentlichen Verkehrsmitteln und auch bei Zügen wird an entsprechenden Technologien getüftelt und auch für den Flugverkehr kommt Wasserstoff als Antriebsmittel in Betracht.

Förderung der Bundesregierung

Dem erklärten Willen der Bundesregierung zufolge, soll die Bundesrepublik Deutschland bei der Entwicklung und Nutzbarmachung neuer, umweltfreundlicher Wasserstoff-Technologie zum weltweiten Vorreiter avancieren. Aus diesem Grund wurde am 9. Juni die "Nationale Wasserstoff-Strategie" von der Bundesregierung ins Leben gerufen. Diese umfasst Milliarden an Zuschüssen für Entwicklung und Erforschung von Wasserstoff-Technologien, rechtliche Erleichterungen und einen umfassenden Plan zur Erreichung der von der Regierung gesteckten Ziele. So sollen Techniken für die Industrie, zum Heizen oder bei der Mobilität schneller vorangetrieben werden. Dabei geht es auch um die effizientere Herstellung von Wasserstoff, wobei aktuellen Berechnungen zufolge auch größere Mengen aus dem Ausland importiert werden müssen. Laut Bundesregierung geht es aber auch um die Schaffung von Arbeitsplätzen.

Hintergrund ist die von der EU beschlossene Wasserstoff-Strategie im Rahmen des "Green Deal". Die Befürworter dieser Strategie gehen davon aus, dass die gezielte Förderung von durch alternative Energien gewonnenem Wasserstoff langfristig den technologischen Vorsprung der EU und der Bundesrepublik absichern kann.

Fazit zur Wasserstoff-Technologie

Trotz der bisherigen massiven Hindernisse bei der umweltfreundlichen Produktion von Wasserstoff ist das Energie-Potential von Wasserstoff verlockend. Die Zukunft verheißt Brennstoffzellen für jedermann und emissionsfreie Energiegewinnung. Doch aufgrund des aufwendigen, teuren und energieintensiven Verfahrens der Herstellung von Wasserstoff, bleiben viele Fragen weiterhin offen. Ungeachtet dieser Hürden, birgt Wasserstoff als Energielieferant enormes Potential bei der Neuausrichtung der Energiewirtschaft.

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