Grüner Wasserstoff: Schlüsseltechnologie für eine umweltverträgliche Zukunft

Die Energiewende und das Erreichen der Klimaziele sind zentrale Herausforderungen unserer Zeit. Bei den Bemühungen um eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Energieversorgung spielt grüner Wasserstoff eine wichtige Rolle. Als regenerativer Energieträger bietet er die Chance, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und gleichzeitig den CO₂-Ausstoß zu reduzieren.

Hier erfährst du, was sich hinter dem Begriff „grüner Wasserstoff“ verbirgt, welche Anwendungen bereits existieren und was es mit der Wasserstoffstrategie der Bundesregierung auf sich hat.

Grüner Wasserstoff: Definition und Herstellung

Grüner Wasserstoff ist Wasserstoff, der sich durch Elektrolyse gewinnen lässt. Dabei wird Wasser (H₂O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O₂) zerlegt. Im Gegensatz zu konventionellem Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle produziert wird, entsteht grüner Wasserstoff ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Er gilt daher als einzige umweltfreundliche und CO₂-neutrale Wasserstoffart.

Es ist eine gefährliche Herausforderung, grünen Wasserstoff zu transportieren und zu lagern. Der Stoff bildet in Verbindung mit Sauerstoff ein explosives Gemisch. Um Komplikationen zu vermeiden, ist es nötig, den grünen Wasserstoff in flüssiger Form in speziellen Hochdrucktanks bei einer Temperatur von minus 253 Grad zu befördern und zu deponieren.

Unterschiede zum grauen, blauen und türkisfarbenen Wasserstoff

Wasserstoff selbst ist farblos. Auf Grundlage der Herstellung lässt sich Wasserstoff in verschiedene Farben klassifizieren: grün, grau, blau und türkis. Der grüne Wasserstoff unterscheidet sich von allen anderen Wasserstoffarten dadurch, dass er bei der Herstellung keine CO₂-Emissionen verursacht und somit als die umweltfreundlichste Variante gilt.

Wasserstoff mit grauer Klassifizierung entsteht aus Erdgas und Kohle, wobei zusätzlich Kohlenstoff freigesetzt wird. Grauer Wasserstoff hat daher einen hohen CO₂-Fußabdruck. Bei der Produktion von blauem Wasserstoff erfolgt im Verfahren eine Abtrennung des Kohlenstoffs, um ihn separat zu speichern (CCS - Carbon Capture and Storage).

Diese Wasserstoffart weist dadurch eine etwas bessere CO₂-Bilanz auf, obwohl weiterhin Emissionen bestehen bleiben. Türkisfarbiger Wasserstoff lässt sich durch Pyrolyse aus Erdgas gewinnen, wobei die dabei entstehenden CO₂-Emissionen ebenfalls abgetrennt werden.

Einsatzmöglichkeiten für Wasserstoff mit grüner Farbe

Die Vielseitigkeit der Anwendungsszenarien für grünen Wasserstoff ist ein Vorteil dieser Wasserstoffvariante. Im Mobilitätssektor kann er als umweltverträglicher Treibstoff für Wasserstoffautos (Brennstoffzellenfahrzeuge) dienen, weil der Antrieb mit Wasserstoff lediglich Wasserdampf ausstößt.

Im industriellen Bereich besteht die Möglichkeit, grünen Wasserstoff zum Herstellen von Ammoniak oder anderen chemischen Produkten zu verwenden. Und in der Energiewirtschaft eignet er sich als Speichermedium für erneuerbare Energien, indem Wasserstoff bei überschüssiger Stromproduktion durch Elektrolyse erzeugt und bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt wird.

Wie groß das Potenzial von grünem Wasserstoff ist und welche Bedeutung er als Energieträger hat, zeigen die Anwendungsbereiche.

• Brennstoffzellenfahrzeuge
• Treibstoff für Schwerlasttransporte (Lkw und Schiffe)
• Treibstoff für Luft- und Raumverkehr
• Stromerzeugung und -speicherung
• Produktion von Halbleitern
• Verarbeitung von Lebensmitteln
• Schutzgas bei der Wärmebehandlung von Metallen
• Brennstoffquelle und Heiz- und Kühlsysteme

 

Die Einsatzszenarien für Wasserstoff werden zudem permanent erforscht und in Zukunft sind weitere Anwendungen für grünen Wasserstoff denkbar.

Vorteile des grünen Wasserstoffs

• emissionsfreie Produktion: Wenn die Herstellung aus erneuerbaren Energien stattfindet, entstehen bei der Produktion keinerlei CO₂-Emissionen.
• vielfältige Anwendung: Der Einsatz von grünem Wasserstoff in verschiedenen Sektoren ist möglich, einschließlich Verkehr, Industrie und Stromerzeugung.
• Reduktion von Kohlendioxidemissionen: Grüner Wasserstoff unterstützt die Dekarbonisierung von emissionsintensiven Prozessen in der Industrie.
• Energieeffizienz: Wasserstoff bietet eine effiziente Möglichkeit an, Energie zu speichern und bei Bedarf wieder freizusetzen. Dies ermöglicht eine stabile und zuverlässige Energieversorgung.

Nachteile des grünen Wasserstoffs

• hohe Herstellungskosten: Derzeit sind die Kosten für die Produktion des grünen Wasserstoffs im Vergleich zu anderen Wasserstoffarten sehr hoch.
• Energieverluste bei der Herstellung: Der Elektrolyseprozess für die Wasserstoff-Produktion ruft einen Energieverlust hervor. Das wirkt sich negativ auf den gesamten Wirkungsrad des grünen Wasserstoffs aus.
• Infrastruktur ist noch ausbaufähig: Die Einführung von grünem Wasserstoff erfordert den Aufbau einer Infrastruktur für die Produktion, den Transport und die Speicherung. Hier besteht Handlungsbedarf, um die Kapazitäten auszubauen.
• geringe Energiedichte: Wasserstoff hat eine geringere Energiedichte als fossile Brennstoffe. Dieser Umstand macht es erforderlich, mehr Platz zum Speichern und effizientere Transportmittel bereitzustellen.

Wie umweltfreundlich ist grüner Wasserstoff?

Das Prädikat „umweltverträglich“ erhält grüner Wasserstoff, wenn ausschließlich erneuerbare Energien bei seiner Produktion zum Einsatz kommen. In diesem Kontext hat die Wasserstoffvariante eine bedeutende Gewichtung für die Dekarbonisierung (Reduzierung von CO₂-Emissionen) in verschiedenen Branchen. Grüner Wasserstoff besitzt großes Potenzial, einen relevanten Beitrag zu leisten, um die globalen Treibhausgase zu reduzieren. Durch die Nutzung von grünem Wasserstoff können wir einen großen Schritt in eine nachhaltige und kohlenstoffarme Zukunft gehen.

Wasserstoffstrategie in Deutschland

Grüner Wasserstoff gehört zu den aussichtsreichsten Lösungen für eine nachhaltige und emissionsfreie Versorgung mit Energie. Er reduziert nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, sondern ermöglicht außerdem neue wirtschaftliche Chancen und damit zusammenhängende Arbeitsplätze.

Deutschland legt den Fokus auf diesen Bereich, setzt wegweisende Impulse und verstärkt damit die Bemühungen rund um grünen Wasserstoff als Energieträger. Die Bundesregierung beschloss im Juni 2020 eine nationale Strategie für Wasserstoff. Die Vorhaben zum Umgang mit Wasserstoff sollen Deutschland durch die vermehrte Herstellung des grünen Wasserstoffs als Industriestandort zukunftsfähig machen. Die Ziele lauten: Mit Wasserstoff in Industrie, Energieversorgung und Verkehr wettbewerbsfähig bleiben, Klimaschutzziele erreichen und neue Märkte erschließen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) will Deutschland zum weltweiten Vorreiter für grünen Wasserstoff machen. Das BMBF fördert deshalb folgende drei Leitprojekte:

• H2Giga: Das Leitprojekt soll Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff zur Serienreife entwickeln.
• H2Mare: Das Leitprojekt soll Wasserstoff auf hoher See direkt in Offshore-Anlagen aus Windenergie gewinnen.
• TransHyDE: Das Leitprojekt soll eine geeignete Infrastruktur für den Transport von Wasserstoff erschaffen.

Anpassung der Wasserstoffstrategie im Jahr 2023

Im Juli 2023 beschäftigte sich die Bundesregierung erneut mit der Strategie zum Wasserstoff und erarbeitete ein aktualisiertes Konzept. Im Mittelpunkt steht der verstärkte Einsatz von grünem Wasserstoff in Industrie, Verkehr und Energieversorgung. Insbesondere im Flug- und Schiffsverkehr sowie bei großen Nutzfahrzeugen soll Wasserstoff dominieren. Dagegen soll grüner Wasserstoff im Wärmesektor eine nachgelagerte Rolle spielen.

Es existiert der Plan, bis 2028 ein Startnetz von über 1.800 Kilometern umgebauter oder neugebauter Pipelines für Wasserstoff zu entwickeln. Die aktuellen Pläne sehen mehrere Maßnahmen vor. Die Umsetzung soll bis ins Jahr 2030 geschehen. Das Ziel ist, alle großen Produktionsstätten und Speicherzentren anzuschließen. Insbesondere steht dabei die Teilhabe aller relevanten Verbraucher am Wasserstoffnetz im Fokus.

* Die Werte für die elektrische Reichweite und den Stromverbrauch Ihres Fahrzeugs können von den gemessenen oder berechneten Werten abweichen, da das Fahrverhalten sowie andere Faktoren (wie Außentemperatur, Einsatz von Komfort-/Nebenverbrauchern, Straßenverhältnisse, Verkehr, Fahrzeugzustand, Reifendruck, Zuladung, Anzahl der Mitfahrer usw.) einen Einfluss auf die elektrische Reichweite und den Stromverbrauch haben.