Energietalent, Hoffnungsträger, die Zukunft der klimaneutralen Energieerzeugung – Wasserstoff als Energieträger spielt für die Energiewende bereits heute eine sehr wichtige Rolle. Und das zu Recht. Denn das chemische Element bringt einige Vorteile mit, die die Energiebranche entscheidend verändern könnten. Doch es gibt auch Nachteile.
Was genau Sie jetzt über Wasserstoff als Energieträger wissen sollten, welche Eigenschaften wirklich überzeugen und an welchen Stellen er sich sinnvoll einsetzen lässt, erfahren Sie in diesem Artikel.
Wasserstoff – ein Element mit vielseitigen Eigenschaften
Wasserstoff (H2) besetzt im Periodensystem die Ordnungszahl 1 und steht in der 1. Periode. Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum; auf der Erde ist er Bestandteil des Wassers sowie nahezu aller organischen Verbindungen. Zu den wichtigsten Vorteilen von Wasserstoff als Energieträger gehört seine CO2-Neutralität. Da bei der Verbrennung des chemischen Elementes nur Wasser als „Emission“ anfällt, gilt der Energieträger als rückstandslos verbrennbar sowie als klimaneutral. Bei der Verbrennung in Motoren können allerdings, wie bei anderen Brennstoffen auch, Stickoxide (NOx) aus dem Stickstoff der Verbrennungsluft entstehen.
Zudem ist Wasserstoff nicht radioaktiv, ätzend oder giftig. Damit ist seine Nutzung auch aus gesundheitlicher sowie aus umweltschutztechnischer Sicht nicht bedenklich. Zu beachten ist allerdings, dass Wasserstoff extrem entzündbar ist und mit Luft schon ab einem Anteil von rund 4 Prozent explosionsfähige Gemische bildet; der Umgang erfordert daher besondere Sicherheitsvorkehrungen.
Vorkommen und Erzeugung – die Gewinnung von Wasserstoff als Energieträger
In seiner Reinform lässt sich Wasserstoff trotz seines hohen Vorkommens nicht der Natur entnehmen. Denn auf der Erde kommt das Element immer nur in chemischen Verbindungen vor, zum Beispiel in Erdgas (CH4), Erdöl und anderen Kohlenwasserstoffen, Biomasse oder Wasser. Um Wasserstoff nutzbar machen zu können, muss dieser von den anderen Elementen abgespalten werden. Dafür gibt es verschiedenste Verfahren.
Das Elektrolyseverfahren
Bei dieser Methode zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger wird Wasser unter Einsatz von Strom in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff geteilt. Dabei wird die eingesetzte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und wird im Wasserstoff gespeichert.
Die Dampfreformierung
Ein weiteres Verfahren ist die sogenannte Dampfreformierung. Zur Abspaltung des Wasserstoffs von anderen Elementen (bei diesem Vorgehen meist Erdgas) wird Wasserdampf genutzt. So kommt es zu einer chemischen Reaktion, bei der Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid als Endprodukte entstehen.
Die Methanpyrolyse
Diese Methode zur Herstellung von Wasserstoff setzt auf die Spaltung von Erdgas durch die Zufuhr von Hitze. So entstehen Wasserstoff und fester Kohlenstoff.
Grün, grau, blau oder türkis? Diese Farben gibt es bei Wasserstoff
Je nach Gewinnungsverfahren wird Wasserstoff in vier Farbkategorien unterteilt: grün, grau, blau und türkis. Die jeweilige Farbe steht dabei für die Klimafreundlichkeit des Wasserstoffs. Das Elektrolyseverfahren ermöglicht eine emissionsfreie Herstellung von H2, weil hierbei nur Wasser zum Einsatz kommt. Nur wenn der Strom aus erneuerbaren Energiequellen stammt, spricht man von grünem Wasserstoff. Ebenfalls grüner Wasserstoff entsteht bei der Vergärung von Biomasse und bei der Reformierung von Biogas.
Von grauem Wasserstoff ist die Rede, wenn die Dampfreformierung zur Gewinnung von Wasserstoff zum Einsatz kommt. Da hier fossile Brennstoffe wie Erdgas, Kohle oder Öl eingesetzt werden, wird hierbei CO2 freigesetzt. Im Fall, dass dieses aufgefangen und anderweitig genutzt oder aber in speziellen Lagerstätten gespeichert wird, handelt es sich um blauen Wasserstoff. Er gilt als weitgehend klimaneutral, solange das CO2 nicht in die Atmosphäre austritt.
Ähnlich ist es beim türkisen Wasserstoff, der bei der Methanpyrolyse entsteht. Der hierbei übrig bleibende feste Kohlenstoff muss allerdings weiterverwendet und dadurch langfristig gebunden werden. Zudem ist es wichtig, dass die zur Abspaltung des Wasserstoffs notwendige Energie aus erneuerbaren Energiequellen stammt, um das Verfahren als CO2-neutral bezeichnen zu können.
100 Prozent klimafreundlich mit grünem Wasserstoff
Im direkten Vergleich der drei Herstellungsverfahren zeigt sich deutlich, dass die Nutzung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse als Energieträger die beste Lösung ist. Denn hier bleiben keine unerwünschten Nebenprodukte wie Kohlenstoffdioxid übrig. Hinzu kommt, dass der Großteil der heute verfügbaren Konzepte zur Herstellung grünen Wasserstoffs auf die reine Gewinnung aus erneuerbaren Energien setzt. Für Klima und Umwelt ist das ein großes Plus.
In diesem Zusammenhang spielen auch die Einsatzbereiche von grünem Wasserstoff eine tragende Rolle, eröffnet Wasserstoff doch die Möglichkeit, verschiedenste Sektoren in Sachen Energiewende und Klimaschutz weiter nach vorne zu bringen.
Verkehrssektor
Als einer der weltweit größten Emittenten ist der Verkehrssektor zwingend auf alternative Antriebe und Kraftstoffe angewiesen. Wasserstoff kann hier extrem punkten. So überzeugt er nicht nur mit kurzen Tankzeiten, sondern auch mit seiner klimaneutralen Nutzung. Im Vergleich zur Elektromobilität liegt der Wasserstoffantrieb jedoch bei Kosten und Gesamteffizienz zurück, womit sich eine Durchsetzung des Antriebskonzeptes im Automobilbereich schwertun wird.
Energie- und Gebäudesektor
Auch bei der Herstellung und Nutzung von Energie werden eine Menge Treibhausgase freigesetzt. Mit dem Gebrauch von Wasserstoff lässt sich das ändern. Denn dank seiner Eigenschaft als Energieträger mit der höchsten massebezogenen Energiedichte ermöglicht das Element bei einem Einsatz in speziellen Wasserstoff-BHKW sowie in Brennstoffzellen eine hocheffiziente Erzeugung von Strom und Wärme. Brennstoffzellen eignen sich dabei sowohl für stationäre als auch für mobile Anwendungen.
Energiespeicherung mittels Power-to-Gas
Beim chemischen Prozess der Power-to-Gas-Methode entsteht Wasserstoff durch Wasserelektrolyse sowie unter Zuhilfenahme von erneuerbarem Strom. Der große Vorteil dabei ist, dass Power-to-Gas die Speicherung des eigentlich schwer speicherbaren Stroms aus erneuerbaren Energien möglich macht. Zudem lässt sich dieser so sektorenübergreifend verfügbar machen. Wird der Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist oder zu Methan weiterverarbeitet, lässt sich Strom aus erneuerbaren Energien auf diese Weise sowohl zeitversetzt als auch transportabel nutzbar machen.
Warum ist Wasserstoff heute und in Zukunft so wichtig für Deutschland?
Neben dem Streben nach dem Erreichen der Klimaziele spielt Wasserstoff als Energieträger auch eine Rolle in Bezug auf Deutschland als wichtigen Industriestandort. Denn mit der Entwicklung innovativer Wasserstoff-Technologien kann dieser entscheidend an Bedeutung gewinnen. Aber – und damit rücken auch die Nachteile von Wasserstoff ins Bild – Forschung und Entwicklung sind teuer. Gleiches gilt momentan noch für die Nutzung des bereits verfügbaren Wasserstoffs. Da die Kosten hierbei noch wesentlich höher sind als bei anderen alternativen Energiekonzepten (und auch bei fossilen Brennstoffen), ist H2 noch nicht massentauglich einsetzbar. Ebenfalls ist die (noch) fehlende flächendeckende Infrastruktur der Wasserstofferzeugung, -verteilung und -speicherung als gegenwärtiger Nachteil zu nennen.
Hinzu kommt die zur Nutzung erforderliche Umrüstung der „Hardware“. So brauchen Kraftwerke erst die passenden Technologien, um Wasserstoff nutzen zu können. Auch das kostet einiges an Geld, was auf viele noch abschreckend wirkt. Doch das soll sich in Zukunft ändern. So gibt es bereits einige Förderprojekte und Kooperationen, die die Nutzung von Wasserstoff attraktiver gestalten möchten. Dass das funktionieren kann, zeigen bereits einige Pilotprojekte, unter anderem in Brandenburg und in Hamburg. Damit Wasserstoff der Hoffnungsträger werden kann, den viele in ihm sehen, sind jedoch noch einige Optimierungen notwendig.
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