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. Er ist Bestandteil des Wassers sowie von nahezu allen organischen Verbindungen, was Wasserstoff zu dem am häufigsten vorkommenden chemischen Element im Universum macht. Zu den wichtigsten Vorteilen von Wasserstoff als Energieträger gehört seine CO2-Neutralität. Da bei der Verbrennung des chemischen Elementes nur Wasser als einzige „Emission“ anfällt, gilt der Energieträger als rückstandslos verbrennbar sowie als klimaneutral.
Zudem ist Wasserstoff nicht radioaktiv, ätzend oder giftig. Damit ist die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger auch aus gesundheitlicher sowie aus umweltschutztechnischer Sicht nicht bedenklich.
Vorkommen und Erzeugung – die Gewinnung von Wasserstoff als Energieträger
In seiner Reinform lässt sich Wasserstoff trotz seines hohen Vorkommens nicht aus der Natur zu entnehmen. Denn auf der Erde kommt das Element immer nur in Verbindung mit anderen chemischen Elementen vor. Das können zum Beispiel Erdgas (CH4), Biomasse oder Wasser sowie andere Kohlenwasserstoffe wie Erdöl sein. Um Wasserstoff als Energieträger 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 wandelt sich die eingesetzte elektrische Energie in chemische Energie und wird im Wasserstoff gespeichert.
Die Dampfreformierung
Auch möglich zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger 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 als Energieträger 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. Stammt der benötigte Strom zudem aus erneuerbaren Energiequellen, so ist ein weiterer Aspekt gegeben, um von grünem Wasserstoff als Energieträger sprechen zu können. 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 als Energieträger 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. Der gilt ebenfalls als 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 notwenige 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 als Energieträger kann hier extrem punkten. So überzeugt er nicht nur mit kurzen Tankzeiten, sondern auch mit seiner klimaneutralen Nutzung. Im Vergleich zur Elektromobilität steckt der Wasserstoffantrieb jedoch in den Punkten Kosten und Gesamteffizienz zurück, womit sich eine Durchsetzung des Antriebkonzeptes im Automobilbereich schwer tun 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 Energiedichte ermöglicht das Element bei einem Einsatz in speziellen Wasserstoff-BHKW sowie in Brennstoffzellen einen hocheffizienten Gebrauch von Strom und Wärme. Bei Brennstoffzellen im Speziellen 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. Ist Wasserstoff nämlich an Gas gebunden, 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 erforderlichen Technologien, um Wasserstoff als Energieträger 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.