Hoffnungsträger für das Klima Was Wasserstoff so besonders macht
Das Abkommen mit Kanada, das ab 2025 Wasserstoff nach Deutschland liefern soll, wird als Meilenstein gefeiert. Aber was ist Wasserstoff überhaupt? Und warum ist er so wichtig für die Energiewende? Antworten auf einige Fragen.
Was ist Wasserstoff - und wo wird er bereits verwendet?
Wasserstoff ist ein natürliches chemisches Element und gleichzeitig das häufigste Element im Universum. Er hat zudem die geringste Atommasse und ist 14-mal leichter als Luft. Der Hoffnungsträger kommt auf der Erde allerdings nicht in Reinform vor, sondern nur in Verbindung mit anderen Elementen - vor allem mit Sauerstoff und damit als Wasser (H2O).
Als Grundstoff für die chemische Industrie wird Wasserstoff schon lange verwendet, etwa zur Herstellung von Ammoniak, einer Ausgangsbasis für Düngemittel. Als Energieträger zur Stromerzeugung kommt Wasserstoff auch in Autos mit Brennstoffzellen zum Einsatz. In Deutschland werden laut Nationaler Wasserstoffstrategie (NWS, 2020) jährlich rund 1,65 Millionen Tonnen Wasserstoff mit einem Energiegehalt von rund 55 Terawattstunden verbraucht.
Wie wird Wasserstoff hergestellt - und wann ist er "grün"?
Zur Herstellung muss Wasserstoff mithilfe von Energie aus einem Verbindungsstoff wie Wasser, Erdgas oder Erdöl abgespalten werden. Die Verfahren können sich aber unterscheiden. Bislang wird er überwiegend aus Methan gewonnen, also dem Hauptbestandteil von fossilem Erdgas. Das ist jedoch alles andere als klimafreundlich: Bei der Produktion dieses "grauen" Wasserstoffs entsteht viel klimaschädliches Kohlendioxid (CO2).
Wird das Kohlendioxid stattdessen gespeichert, bezeichnet man den Wasserstoff als "blau". Wird dabei fester Kohlenstoff gewonnen, wird er "türkis" genannt. Am besten für das Klima gilt jedoch "grüner" Wasserstoff, der mithilfe von Ökostrom aus Wind oder Sonne klimaneutral produziert wird. Bei dieser sogenannten Elektrolyse wird unter Einsatz von "grünem" Strom das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Bisher gibt es kaum "grünen" Wasserstoff in Deutschland, er wird aber immer gefragter.
Warum ist Wasserstoff ein Hoffnungsträger?
Wasserstoff gilt als entscheidender Baustein im künftigen klimaneutralen Energiemix. Die Nutzung seines Energiegehalts soll Lücken schließen und dort zum Einsatz kommen, wo nicht alles mit elektrischer Energie betrieben werden kann. Wasserstoff lässt sich als Energieträger speichern, transportieren und zur Energieumwandlung nutzen. Besonders in der Industrie ist er ein wichtiges Produkt.
"Es gibt so viele Dinge in unserem Energiesystem, im Verkehr, beim Heizen und in industriellen Prozessen, die wir direkt elektrifizieren können. Und wo immer wir etwas direkt elektrifizieren können, müssen wir das tun", sagt der Chef des europäischen Windkraftverbandes Windeurope, Giles Dickson. "Aber wir können nicht alles direkt elektrifizieren." Genau an diesen Stellen komme Wasserstoff ins Spiel, "für Teile der Schwerindustrie, für Teile des Schwerlastverkehrs, die wir durch Wasserstoff dekarbonisieren müssen".
In der Stahlindustrie etwa soll der Stoff eine zentrale Funktion übernehmen: Wo bei der Herstellung von Roheisen bislang Kohlenstoff dem Eisenerz den Sauerstoff entzieht, soll künftig Wasserstoff zum Einsatz kommen. Abfallprodukt ist dann nicht mehr klimaschädliches CO2, sondern Wasser. Die Umstellung der Verfahren ist sehr teuer, kann aber eine große Wirkung entfalten: Die Stahlindustrie in Deutschland ist nach eigenen Angaben für rund 30 Prozent des industriellen CO2-Ausstoßes verantwortlich.
Wieviel Wasserstoff braucht Deutschland?
Für das Jahr 2030 geht die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung von einem Bedarf von etwa 90 bis 110 Terawattstunden in Deutschland aus. Davon sollten den bisherigen Planungen zufolge bis zu 14 Terawattstunden durch neue Elektrolyseanlagen in Deutschland produziert werden. Der überwiegende Teil der Wasserstoffnachfrage wird aber wohl importiert werden müssen.
Die Annahmen dürften sich aber ändern: Noch in diesem Jahr plant die Regierung laut Koalitionsvertrag ein "ambitioniertes Update" der Strategie. Schon im Koalitionsvertrag wurde die bis 2030 im Inland geplante Erzeugungskapazität im Vergleich zur NWS verdoppelt.
Wo sollen die Importe herkommen?
Die Bundesregierung setzt unter anderem auf internationale Kooperationen - zum Beispiel mit Australien und Afrika, also Regionen mit reichlich Sonnenschein. Für Westafrika wurde bereits ein sogenannter Potenzialatlas zusammengestellt. Ein Ergebnis: Mit Solarstrom erzeugter Wasserstoff lässt sich in Nordafrika deutlich günstiger herstellen als in Deutschland.
Auch deutsche Unternehmen arbeiten längst an Versorgungsnetzen, um in einigen Jahren klimaneutral hergestellten Wasserstoff und Wasserstoffverbindungen wie Ammoniak nach Deutschland zu holen. Vereinbarungen mit einem australischen Unternehmen haben etwa der Energiekonzern E.ON und der Chemiekonzern Covestro geschlossen. Gestern wurde bekannt, dass E.ON und der Energiekonzern Uniper grünen Wasserstoff aus Kanada beziehen wollen. Er soll in Ammoniak gebunden nach Deutschland kommen.
Kann Wasserstoff in Kraftwerken Erdgas ersetzen?
Das ist die Idee. Neue Gaskraftwerke sollen daher schon jetzt "H2-ready" gebaut werden. Damit soll es die Möglichkeit geben, dort später Wasserstoff zu verbrennen. Sie sollen die Stromversorgung gewährleisten, wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint. Bislang war Erdgas als Brücke gedacht. Wie sich allerdings die Gaskrise vor dem Hintergrund des russischen Krieges gegen die Ukraine auswirken wird, ist offen. "Der ganze Krieg beschleunigt jetzt auch die grüne Wasserstoffagenda", sagte Klimastaatssekretär Patrick Graichen schon Mitte März.
Wie kommt der Wasserstoff zu den Nutzern?
Wo der Wasserstoff nicht direkt neben einer Elektrolyseanlage in einem Chemiewerk verwendet wird, soll er über Leitungen zu den Kunden transportiert werden. Die Gasfernleitungsnetz-Betreiber haben längst mit entsprechenden Planungen begonnen. So soll das sogenannte H2-Netz im Jahre 2030 in Deutschland rund 5100 Kilometer lang sein. Dabei basieren rund 3700 Leitungskilometer auf bereits bestehenden, umgestellten Erdgasleitungen. Teuer wird es trotzdem: Die Investitionskosten bis dahin werden auf etwa sechs Milliarden Euro geschätzt.
Wo sind die Engpässe?
Der ehrgeizige Plan ist für Wirtschaft und Politik eine gewaltige Aufgabe. Denn für viele der gedachten Anwendungen müssen Lösungen, die im großen Maßstab umsetzbar sind, erst noch entwickelt werden. Zudem ist "grüner" Wasserstoff bei weitem noch nicht in ausreichenden Mengen zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar. Und schließlich müssen erst die Verteilnetze entstehen, in denen die riesigen Mengen dorthin transportiert werden, wo sie gebraucht werden.
Es geht also darum, gleichzeitig eine Nachfrage, eine Infrastruktur und ein Angebot hochzufahren. Deswegen hat der Bund Ende Mai 2021 ein milliardenschweres Förderpaket im Rahmen des Programms "Important Projects of Common European Interest" speziell für Wasserstoff geschnürt. Es umfasst 62 Großprojekte, die sich um die gesamte Wertschöpfungskette beim "grünen" Wasserstoff drehen.
