Wasserstoff-Vorteile für die Energiewende nutzen.

Wasserstoff als Energieträger hat große Vorteile aufgrund seiner einfachen Speicherfähigkeit, seiner vielseitigen Einsatzbereiche und der hohen gravimetrischen (gewichtsbezogenen) Energiedichte. Als Energiespeicher in Kombination mit der direkten Nutzung erneuerbarer Energien ergeben sich große Vorteile in der Industrie, im Betrieb der gemeinschaftlich genutzten Infrastruktur – sowohl in der Mobilität als auch in der elektrischen und thermischen Energieversorgung – und in ausgewählten Bereichen für private Haushalte. Damit ebnet Wasserstoff den Weg in eine nachhaltige, sprich energieeffiziente und klimafreundliche Zukunft.

Allgemeine Vorteile von Wasserstoff, unabhängig vom Einsatzgebiet.

1. Speicherfähigkeit

Wasserstoff kann Energie aus erneuerbaren Quellen wie beispielsweise Wind- oder Solarkraft als dauerhaft speicherbares Gas speichern und bei einem späteren Bedarf wieder rückverwandeln – Stichwort Power-to-Gas-to-Power. Durch die Umwandlung von Strom in Gas und umgekehrt und durch den Einsatz von Gas als chemischer Rohstoff können die Sektoren Energie, Industrie, Mobilität, öffentliche Infrastruktur sowie Privathaushalte gekoppelt werden. Diese Sektorenkopplung und die Speicherfähigkeit sind essenziell für die Energiewende, um den Ausbau der volatilen Stromerzeugung mittels Wind- und Solarkraft forcieren zu können, ohne die Stromnetze zu überlasten. Außerdem helfen sie, den Energiebedarf dauerhaft zu decken, unabhängig von Schwankungen des erneuerbaren Energieangebots. Power-to-Gas (kurz PtG) ist eine Schlüsseltechnologie, um Stromüberschüsse in eine andere dauerhaft speicherbare Energieform umzuwandeln, damit die Speicherenergie den Energiebedarf zeitlich und örtlich bedarfsgerecht unterstützen kann.

2. Hohe Energiedichte

Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse hat heute schon einen hohen Wirkungsgrad, von rund 70 % (brennwertbezogen), der durch technische Weiterentwicklung, Optimierung und Nutzung der Abwärme auf über 90 % gesteigert werden kann. Ein großer Vorteil ist auch die gravimetrische, also die gewichtsbezogene Energiedichte. Das heißt, pro Gewichtseinheit ist viel Energie im Wasserstoff gespeichert. Entsprechend ist der Einsatz von Wasserstoff zur Speicherung dort sinnvoll, wo es auf die Reduzierung von Gewicht ankommt. So wird flüssiger Wasserstoff in der Raumfahrt verwendet, aber auch im stationären Energieversorgungsbereich oder in bestimmten Fahrzeugkategorien, z.B. im Brennstoffzellenfahrzeug (Elektromotor kombiniert mit Brennstoffzelle) was dann die Vorteile der hohen Reichweite mit schneller Wasserstoff-Betankung gegenüber Elektrofahrzeugen mit Akkuspeicher bietet.

3. Vielseitigkeit

Die Wasserstofferzeugung ist in vielen Sektoren von Vorteil – im Transportbereich – vom LKW-Verkehr, über die Schifffahrt bis hin zur Luftfahrt –, über die Industrie etwa in Raffinerien, der Stahlproduktion oder der chemischen Industrie bis hin zum Energiemarkt.

Die Rolle von Wasserstoff in den einzelnen Sektoren.

Wasserstoff-Vorteile im Transportsektor.

Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge fahren emissionsfrei, können genauso schnell wie benzinbetriebene Fahrzeuge betankt werden und haben eine vergleichbare Reichweite.

Wasserstoff-Vorteile in der Industrie.

Weil Wasserstoff gasförmig, flüssig sowie gebunden in anderen chemischen Verbindungen gelagert und transportiert werden kann, sind die Anwendungen in der Industrie entsprechend vielseitig. Gerade für energieintensive Branchen, die schwer elektrifizierbar sind, bietet Wasserstoff so die Möglichkeit erneuerbare Energien zu nutzen.

In Raffinerien hilft grüner Wasserstoff etwa bei der klimabewussten Entschwefelung von Kraftstoffen und der Erzeugung „grüner Kohlenwasserstoffe“. In der Stahlproduktion kann er Kohle und Koks ersetzen und in der Chemischen Industrie ist Wasserstoff zusätzlich als Rohstoff einsetzbar, um zum Beispiel Düngemittel zu produzieren.

In all diesen Fällen ist Wasserstoff deshalb so beliebt, weil er hilft, die CO2-Emissionen der Industrie zu senken. Gerade in kohlenstoffintensiven Branchen hilft grüner Wasserstoff also bei der Dekarbonisierung, welche die Industrie, auch gesetzlich verpflichtet, vorantreiben muss.

Aber auch als Rohstoff ist Wasserstoff für die Chemiebranche und für Raffinerien wichtig.

Genauso ergeben sich Wasserstoff-Vorteile in der industriellen Energieversorgung, sprich in Hochtemperaturprozessen oder auch um netzweite energetische Überschüsse zu nutzen und etwa im Regelenergiemarkt aktiv zu sein. Und ganz grundsätzlich ermöglicht Wasserstoff die Integration von erneuerbaren Energien in alle industriellen Prozesse, die zur Energieversorgung Strom und Wärme benötigen, und diese Energiearten bisher selbst aus fossilen Brennstoffen erzeugt haben. Das bringt wesentliche Vorteile bei den anstehenden Dekarbonisierungs-Vorhaben.

Wasserstoffvorteile in der Energieversorgung.

In der Energieversorgung liegt der wohl größte Vorteil darin, dass Wasserstoff Stromüberschüsse der Stromerzeugung aus Wind- und Solarkraft speichern kann – und dieses Gas örtlich und zeitlich versetzt bei Bedarf wieder rückverstromt werden kann. Das hilft, die erneuerbaren Energien auszubauen, ohne die Stromnetze zu überlasten.

Gleichzeitig trägt Wasserstoff zur Stabilisierung der Stromnetze bei, indem es eine bedarfsgerechte Stromversorgung ermöglicht, sprich Schwankungen ausgleicht. Damit sichert es uns zusätzlich gegen die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffimporten ab.

In der Strom- und Wärmeversorgung sind mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke zuverlässige und effiziente Energiewandler mit höchstem Wirkungsgrad.

Immer wieder wird Wasserstoff auch hinsichtlich seines Einsatzes in privaten Haushalten zur Sprache gebracht. Gasheizungen sollen H2-Ready sein, um später einmal mit Wasserstoff betrieben zu werden. Ob sie das jemals sein werden, das bezweifeln Expert:innen. Denn die Wasserstofferzeugung ist zu teuer für diesen Einsatzzweck und mit Wärmepumpen ist eine Elektrifizierung der privaten Energieversorgung möglich. Unterstützend kann jedoch, wie unser Beispiel bei der Green Hydrogen Esslingen zeigt, die Abwärme der Elektrolyse in lokale Wärmenetze integriert werden.

Hat Wasserstoff immer Klima-Vorteile?

Die Nutzung von Wasserstoff ist sehr klimafreundlich. Denn bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht lediglich Wasserdampf, sprich die Nutzung des Wasserstoffs zur Energieversorgung ist lokal emissionsfrei. Allerdings kommt es in Sachen Klimabilanz auf die Ressourcen an, die zur Wasserstofferzeugung eingesetzt werden. Wasserstoff weist daher große Unterschiede in der CO2-Bilanz auf. Diese Unterschiede werden sprachlich sichtbar, indem die Rede ist von grünem, blauem, türkisenem, grauem und orangefarbenem Wasserstoff. Sie verursachen jeweils unterschiedliche Emissionen und haben auch unterschiedliche Kostenstrukturen.

Kosten und CO2-Emissionen nach Wasserstoff-Erzeugung.

Wasserstoff kann auf verschiedene Weise produziert werden. Welche Ressourcen eingesetzt werden, bestimmt maßgeblich die jeweils entstehenden CO2-Emissionen und die Bereitstellungskosten. Wobei die Herstellungskosten von grünem Wasserstoff maßgeblich von den Strompreisen und somit von der Verfügbarkeit von Erneuerbaren Energien abhängt.

Die nachfolgende Grafik zeigt die wichtigsten Herstellungsverfahren für Wasserstoff aus Wasser, Bioreststoffen und fossilen Rohstoffen, und schlüsselt die Kosten der verschiedenen Rohstoffe und Prozessschritte auf. Anstelle von Erdgas in den beiden rechts dargestellten Verfahren, „Dampfreformierung“ und „Pyrolyse“, können auch bereits großtechnisch erprobt Bioreststoffe eingesetzt werden. Diese stehen jedoch in Deutschland nur in eng begrenztem Umfang zur Verfügung und die Kapazitäten können sehr begrenzt ausgebaut werden.

Die folgende kurze Tabelle listet die wichtigsten großtechnisch gut bekannten und bereits genutzten Herstellverfahren für Wasserstoff auf und nennt in absteigender Reihenfolge die dabei entstehenden CO2-Emissionen in Tonnen pro Tonnen Wasserstoff. Das einzige Wasserstoffherstellverfahren ohne CO2-Emissionen dabei ist die Elektrolyse mit erneuerbarer Energieversorgung.

Herstellungsverfahren	CO2-Emissionen (t CO2 pro t Wasserstoff)
Kohlevergasung	25,56
Elektrolyseure mit Strom aus dem Netz (2030)	21,38
Methan-Dampfreformierung	10,79
Methan-Pyrolyse ohne C-Gutschrift	5,54
Biovergasung	5,46
Elektrolyseure mit erneuerbarer Elektrizität (Wind, Solar)	0

Fazit

Wasserstoff ist nicht einfach ein weiterer Energieträger – er ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen, kohlenstoffarmen Zukunft. Er vereint Umweltfreundlichkeit mit vielseitiger Nutzbarkeit, langfristiger Speicherbarkeit, einfachem Transport und eröffnet neue Möglichkeiten für eine nachhaltige, saubere Wirtschaft. Investieren wir heute in Innovation und Infrastruktur, schaffen wir eine Grundlage für eine Welt, in der saubere Energie die Norm ist. So stellen wir sicher, dass wir die Klimaziele erreichen und eine bessere Welt für zukünftige Generationen schaffen.

Die Reise hat bereits begonnen. Lasst uns gemeinsam diese revolutionäre Bewegung vorantreiben und entdecken, wie Wasserstoff unsere Welt verändern kann.