Die Energiewende hängt an äußerst seltenen Elementen, etwa am Iridium. Das Metall einzusparen, zu recyceln und eventuell zu ersetzen, ist Aufgabe der Forschung. Die Wissenschaftler müssen die richtigen Antworten finden. Denn davon hängt der Erfolg des Wasserstoff-Hochlaufs in Deutschland ab.
Von Tim Gabel
The Commission has removed the central obstacle to the development of the European hydrogen economy. The Parliament even let the trilogue on the Renewable Energies Directive fall through last week due to the lack of a decision.
Von Manuel Berkel
Die Kommission hat das zentrale Hindernis für den Aufbau der europäischen Wasserstoffwirtschaft ausgeräumt. Wegen der ausbleibenden Entscheidung hatte das Parlament vergangene Woche sogar den Trilog zur Erneuerbare-Energien-Richtlinie platzen lassen.
Von Manuel Berkel
Molekularküche in Brüssel: Die EU hat die Entwicklung von Wasserstoff zu einer ihrer energiepolitischen Prioritäten erklärt. Die Definition von grünem Wasserstoff spaltet die Mitgliedstaaten jedoch in zwei Lager.
Von Claire Stam
Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger der Energiewende, da er sowohl zur Speicherung erneuerbarer Energien als auch zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien beitragen kann. Doch was genau ist grüner Wasserstoff, wie wird er hergestellt und welche Potenziale und Herausforderungen bringt er mit sich? Lesen Sie hier alle News zu relevanten Aspekten rund um grünen Wasserstoff von der Table.Briefings-Redaktion.
Grüner Wasserstoff
bezeichnet Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Sonnenenergie gewonnen wird. Im Gegensatz zu grauem oder blauem Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen produziert wird und damit CO₂-Emissionen verursacht, ist grüner Wasserstoff klimaneutral. Der Prozess zur Herstellung von grünem Wasserstoff ist jedoch energieintensiv und kostspielig, was aktuell zu einem Preisnachteil gegenüber konventionellem Wasserstoff führt.
Die
Herstellung
von
grünem Wasserstoff
erfolgt hauptsächlich durch Elektrolyse, einem Verfahren, bei dem Wasser mithilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, wird der produzierte Wasserstoff als „grün“ bezeichnet. Die häufigsten Elektrolyseverfahren sind die Alkalische Elektrolyse, die Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyse und die Hochtemperaturelektrolyse:
Alkalische Elektrolyse: Dieses etablierte Verfahren nutzt eine alkalische Lösung als Elektrolyt und ist besonders effizient und langlebig.
PEM-Elektrolyse: Mit einer protonenleitenden Membran kann die PEM-Elektrolyse höhere Stromdichten verarbeiten und ermöglicht dadurch kompakte Anlagen – ein Vorteil in mobilen Anwendungen wie Wasserstofftankstellen.
Hochtemperaturelektrolyse: Diese Technologie, die derzeit noch in der Entwicklung ist, arbeitet bei hohen Temperaturen und kann durch Wärmezufuhr, beispielsweise aus industriellen Prozessen, den Energieaufwand senken.
Die Kosten für
grünen Wasserstoff
sind derzeit deutlich höher als für fossile Alternativen. Der Preis wird von mehreren Faktoren bestimmt:
Energieintensive Herstellung: Die Elektrolyse benötigt große Mengen an Strom, was einen erheblichen Anteil der Produktionskosten ausmacht. Ohne eine günstige und stabile Stromversorgung aus erneuerbaren Energien wird der Preis von grünem Wasserstoff kaum wettbewerbsfähig sein.
Investitionskosten: Der Bau von Elektrolyseanlagen und der Ausbau der Infrastruktur sind kapitalintensiv. Es fehlen bislang großflächige Anlagen, die durch Skaleneffekte zur Kostensenkung beitragen könnten.
Transport- und Lagerungskosten: Wasserstoff hat eine geringe volumetrische Energiedichte, was die Speicherung und den Transport schwierig und teuer macht. Technologien zur Komprimierung und Verflüssigung von Wasserstoff sind zwar vorhanden, aber ebenfalls kostenintensiv.
Die Zukunft von
grünem Wasserstoff
hängt stark von der technologischen und wirtschaftlichen Entwicklung ab. Experten sind sich jedoch einig, dass Wasserstoff, insbesondere in seiner grünen Form, eine zentrale Rolle bei der Reduktion von CO₂-Emissionen in verschiedenen Sektoren spielen kann:
Industrie: In Industrien wie der Stahl- und Chemieproduktion, wo fossile Brennstoffe schwer zu ersetzen sind, könnte Wasserstoff als Energieträger und Rohstoff zur CO₂-Reduktion beitragen.
Verkehr: Grüner Wasserstoff bietet Potenzial für die Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs, in dem Batterietechnologien bislang nur eingeschränkt nutzbar sind. Auch im Luft- und Schiffsverkehr könnte Wasserstoff als alternative Energiequelle dienen.
Energieversorgung und Speicherung: Als Langzeitspeicher für überschüssige erneuerbare Energie kann Wasserstoff die Stabilität des Stromnetzes erhöhen und als Backup für saisonale Schwankungen der erneuerbaren Energieproduktion dienen.
Politische Initiativen und Förderprogramme der Europäischen Union sowie Deutschlands sind auf die Stärkung der Wasserstoffwirtschaft ausgerichtet. Die Bundesregierung hat im Rahmen der Nationalen Wasserstoffstrategie ambitionierte Ziele zur Produktion und Nutzung von
grünem Wasserstoff
formuliert und investiert in den Ausbau der notwendigen Infrastruktur.
In Deutschland sind verschiedene Projekte zur Produktion von
grünem Wasserstoff
in Planung und Umsetzung. Einige der führenden Anlagen befinden sich in Regionen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien:
Norddeutschland: Hier wird Wasserstoffproduktion durch Offshore-Windparks in Kombination mit Elektrolyseanlagen gefördert. Beispielhafte Projekte sind die Anlagen in Heide und Brunsbüttel.
Mitteldeutschland: In der Lausitz und anderen Regionen des Mitteldeutschen Reviers soll Wasserstoffproduktion gefördert werden, um die wirtschaftliche Transformation der ehemaligen Kohleabbaugebiete zu unterstützen.
Bayern: Hier entsteht ein Netzwerk von Wasserstofftankstellen und Produktionsanlagen, die in erster Linie den Schwerlastverkehr versorgen sollen.
Trotz der Potenziale gibt es Nachteile, die mit der Produktion und dem Einsatz von
grünem Wasserstoff
einhergehen:
Hohe Kosten: Wie bereits erwähnt, sind die Produktionskosten ein bedeutender Nachteil, der eine breite Markteinführung erschwert.
Geringe Effizienz: Der Wirkungsgrad von Wasserstoff über den gesamten Produktions- und Nutzungszyklus ist im Vergleich zu direkten Elektrifizierungsoptionen niedriger. Dies bedeutet, dass ein hoher Anteil der eingesetzten Energie verloren geht, was die Gesamtenergieeffizienz mindert.
Infrastrukturdefizite: Eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur fehlt bislang in Deutschland und Europa. Der Aufbau entsprechender Pipelines, Tankstellen und Speichersysteme ist teuer und zeitaufwendig.
Ressourcenintensität: Der Ausbau der Elektrolyseanlagen könnte den Bedarf an seltenen Materialien wie Platin steigern, die für Katalysatoren in PEM-Elektrolyseuren verwendet werden. Auch dies stellt eine ökonomische wie ökologische Herausforderung dar.
Grüner Wasserstoff
könnte langfristig Erdgas in einigen Bereichen ersetzen, insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen und als Rohstoff in der chemischen Industrie. Im Wärmesektor und in der Stromerzeugung ist dies jedoch schwieriger. Erdgas ist derzeit noch deutlich kostengünstiger und effizienter einsetzbar. Perspektivisch könnte eine Mischung aus Erdgas und Wasserstoff, wie in sogenannten H₂-Ready-Gaskraftwerken, den Übergang erleichtern. Eine vollständige Substitution wird aber nur durch eine Kombination von technologischen Innovationen und Skalierung möglich sein.
Grüner Wasserstoff
ist eine vielversprechende Technologie mit einem großen Potenzial zur Dekarbonisierung und zur Unterstützung der Energiewende. Besonders in Bereichen, in denen Elektrifizierung an Grenzen stößt, kann grüner Wasserstoff eine klimafreundliche Alternative bieten. Allerdings muss der Preis durch Skaleneffekte, technologische Weiterentwicklung und politischen Willen gesenkt werden, um ihn wettbewerbsfähig zu machen. Ein weiterer Schwerpunkt bei der Etablierung ist der Ausbau der Infrastruktur zur Erzeugung, zum Transport und zur Speicherung von Wasserstoff.
