Deutschland muss sich für den Klimaschutz und eine sichere Energieversorgung unabhängig von fossilen Brennstoffen machen. Wasserstoff spielt in der Energiewende als Ersatz für Erdgas, Öl und Kohle dabei eine entscheidende Rolle.
Wasserstoff zu nutzen ist im Prinzip nicht generell Neu. Grundsätzlich lässt sich Wasserstoff in allen Anwendungsbereichen, etwa Verkehr, Industrie und Gebäuden, als Endenergieträger nutzen. Allerdings ist ein breiter Einsatz vor dem Hintergrund der Energieeffizienz und des Ressourcenschutzes nicht zweckmäßig. Daher sollte Wasserstoff nur dort zum Einsatz kommen, wo erneuerbare Energien und erneuerbarer Strom nicht direkt genutzt werden kann.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff (H) kommt als chemisches Element in der Natur vor. Bei Normaltemperatur ist Wasserstoff gasförmig, geruchs- und farblos und leicht brennbar. Auf der Erde kommt es vorwiegend mit Sauerstoff gebunden als eines der Hauptbestandteile des Wassers (H2O) vor.
Um Wasserstoff nutzbar zu machen, muss es mithilfe eines Wasser-Elektrolyse-Verfahrens aus dem Wasser abgespalten werden. Wasserstoff kann als Energieträger Energie speichern und transportieren.
Warum gilt Wasserstoff als Energieträger der Zukunft?
Wasserstoff kann leicht transportiert und flexibel eingesetzt werden. Wird es mit erneuerbaren Energien hergestellt ist es sogar klimafreundlich, so dass es den LKW-, Schiff- und Flugverkehr klimaschonend umgestalten kann. Aber neben der Nutzung als Energieträger und der Unabhängigkeit gegenüber fossilen Brennstoffen, bringt die Wasserstofftechnologie auch großes Potenzial für viele zukunftsfähige Arbeitsplätze.
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Die Herstellung von Wasserstoff kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Je nach Weg versursacht die Produktion unterschiedliche Treibhausgas- und Schadstoffemissionen, Energie- und Ressourcenverbräuche.
Grüner Wasserstoff
Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dabei wird Wasser (H2O) mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten. Der benötigte Strom für die Elektrolyse kommt hier hauptsächlich aus erneuerbaren Energien. Somit ist die Produktion CO2-frei.
Grauer Wasserstoff
Beim grauen Wasserstoff ist der Ausgangsstoff ein fossiler Brennstoff. Erdgas wird unter dem Einsatz von Hitze in CO2 und Wasserstoff umgewandelt. Das entstandene Kohlenmonoxid (CO) sowie Kohlendioxid (CO2) gelangt in die Atmosphäre und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt.
Blauer Wasserstoff
Beim blauen Wasserstoff handelt es sich um Grunde um grauen Wasserstoff. Der Unterschied besteht darin, dass bei blauem Wasserstoff das entstandene CO2 aufgefangen und unterirdisch gespeichert wird. Deshalb gilt diese Art der Wasserstoffproduktion als CO2-neutral.
Türkiser Wasserstoff
Türkiser Wasserstoff entsteht durch die thermische Spaltung von Methan vornehmlich Erdgas. Statt CO2 entsteht hierbei ein fester Kohlenstoff. Der Wasserstoff fällt hier als Nebenprodukt an.
Welche Vorteile bietet Wasserstoff als Energieträger?
Werden Wasserstoffe mithilfe von erneuerbaren Energien hergestellt, fallen bei der Nutzung nur geringe und im besten Fall gar keine Treibhausgasemissionen an. Bei fossilen Energieträgern dagegen wie Gas, Kohle und Öl werden bei der Verbrennung Treibhausgase freigesetzt, die den Klimawandel vorantreiben. Zudem stärkt die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen die Energiesicherheit in Deutschland.
Wasserstoff-Energie in Form von grünem Wasserstoff ist umweltfreundlich und in sehr großen Mengen über lange Zeiträume zu speichern. Gerade bei den fluktuierenden Energiequellen aus Wind und Sonne, die den natürlichen Schwankungen des Wetters unterliegen kann es zu einer Über- oder Unterproduktion an Wind- oder Sonnenenergie kommen. Mithilfe von Wasserstoff kann der bereitstehende Strom in den speicherbaren Energieträger Wasserstoff umgewandelt werden.
Die Verbrennung von Wasserstoff ist 2,75-mal energieeffizienter und leistungsfähiger als Benzin. Neben der Emissionsfreien Herstellung braucht Wasserstoff keine großen landwirtschaftlichen Flächen für die Erzeugung.
Wo kann Wasserstoff eingesetzt werden?
Wasserstoff kann in unterschiedlichen Branchen wie der Industrie, dem Verkehr oder auch der Wärmeversorgung eingesetzt werden. Dabei spielt es eine zentrale Rolle, um den CO2-Austoß zu verringern und die Energiewende voranzutreiben.
Verkehr
Im Verkehr kann Wasserstoff als alternativer Kraftstoff verwendet werden. Am effizientesten ist hier die Nutzung von Brennstoffzellen in Kombination mit Elektromotoren. Alternativ ist auch die direkte Verbrennung in Motoren möglich, was aber deutlich ineffizienter ist.
Wasserstoff im Verkehr sollte überall dort eingesetzt werden, wo keine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom möglich ist. Dies sind besonders Bereiche mit einem hohen Energiebedarf oder großen Reichweitenanforderungen, wie beispielweise der See- oder Flugverkehr.
Gebäude
Technisch ist es möglich Wasserstoff für das Heizen von Gebäuden zu verwenden, jedoch sollte auch hier eher auf brennstofffreie Alternativen aus erneuerbaren Energien wie Solarthermie, Geothermie und Umweltwärme gesetzt werden. Diese Möglichkeiten sind energieeffizienter und mittel- bis langfristig kostengünstiger als Wasserstoff.
Industrie
Für den Klimaschutz müssen Industrieprozesse auf erneuerbare Energieträger umgestellt werden. Aber nicht nur das, sondern es muss auch ein Großteil des industriellen Anlagenparks auf treibhausgasarme Produktionsverfahren umgebaut und weiterentwickelt werden, um auch die rohstoff- und prozessbedingten Treibhausgasemissionen möglichst weitgehend zu mindern. Auch hier sollte aber in erster Linie auf erneuerbaren Strom gesetzt werden.
So soll es in der energieintensiven Stahlproduktion Wasserstoff die Kohle ersetzen. Auch können nur bestimme Prozesse in der Chemieindustrie mit grünem Wasserstoff klimaschonend gestaltet werden. Auch Gaskraftwerke sollen in der Zukunft mit klimaneutralen Gasen wie Wasserstoff betrieben werden.
Wie viel Energie steckt in einer Tonne Wasserstoff?
Eine Tonne Wasserstoff enthält eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden (kWh). Dies entspricht einem durchschnittlichen jährlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer). Die chemische Energie kann allerdings nicht zu 100 % in nutzbare Energie umgewandelt werden, so dass auf dem Weg zum Verbraucher ein Teil der Energie verloren geht.
Wasserstoff in der Zukunft – Der Schlüssel zur Energiewende
Wasserstoff wird einer der zentralen Energieträger in der Zukunft werden, damit die Ziele der Energiewende und Klimaneutralität erreicht werden können. So könnten laut Annahmen im Jahr 2050 rund 65 Millionen Tonnen an nachhaltig erzeugtem Wasserstoff erzeugt werden.
Durch die Wasserstoffgewinnung durch elektrischen Strom entsteht ein Energieträger, der in den unterschiedlichen Branchen eingesetzt werden kann. Die separaten Bereiche der Energiewirtschaft sind auf einmal miteinander verbunden, was als Sektorkopplung bezeichnet wird. Durch diese Vielseitigkeit von Wasserstoff wird er auch als Energieträger der Zukunft bezeichnet.
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