Fünf wichtige Fakten zum Wasserstoff

Er ist flexibel einsetzbar, gut zu trans­por­tieren und kann klima­neutral herge­stellt werden: Wasser­stoff gilt als entschei­dender Baustein im klima­neu­tralen Energiemix der Zukunft. Damit unsere Energie­ver­sorgung unabhän­giger und klima­freund­licher wird.

Fünf Fakten zum Wasserstoff

1. Wasser­stoff ist das häufigste chemische Element

Wusstet ihr, dass Wasser­stoff das häufigste chemische Element im Universum ist? Es wurde 1766 vom engli­schen Chemiker und Physiker Henry Candish entdeckt. Wasser­stoff, chemisch H2, wird u. a. seit rund 100 Jahren als Rohstoff in der Chemie­in­dustrie einge­setzt. In der jüngsten Vergan­genheit spielt er insbe­sondere als sauberer und gut zu trans­por­tie­render Energie­träger eine wichtige Rolle – vor allem vor dem Hinter­grund der national und weltweit angestrebten Energiewende.

2. Jetzt wird´s bunt: die vier Wasserstofftypen

Zwar ist Wasser­stoff auf der Erde fast unbegrenzt vorhanden, kommt aber haupt­sächlich gebunden in chemi­schen Verbin­dungen vor, z. B. in Säuren, Wasser, Kohlen­was­ser­stoffen. Um Wasser­stoff vielseitig nutzen zu können, muss er dagegen gasförmig sein und aus den bestehenden Verbin­dungen heraus­gelöst werden. Um das zu erreichen, werden in der Regel vier verschiedene Verfah­rens­weisen genutzt:

1. „Grüner“ Wasser­stoff entsteht durch einen chemi­schen Prozess, der sog. Elektrolyse. Dazu wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasser­stoff und Sauer­stoff zerlegt. Bei diesem Vorgang werden keine Treib­haus­gas­emis­sionen freige­setzt. Der zur Elektrolyse benötigte Strom stammt aus erneu­er­baren Energien. Das bedeutet, dass „grüner“ Wasser­stoff frei von Kohlen­stoff­dioxid (CO2) ist.
2. Durch die Aufspaltung des Treib­haus­gases Methan bei einer Tempe­ratur von über 750 Grad Celsius wird „türkiser“ Wasser­stoff erzeugt. Bei diesem Verfahren, der Methan­py­rolyse, fällt fester Kohlen­stoff als Abfall­produkt an. Der Kohlen­stoff enthält gebun­denes CO2. Werden bei dieser Herstel­lungs­weise erneu­erbare Energien genutzt und bindet man das im Kohlen­stoff enthaltene CO2 dauerhaft, ist diese Form der Wasser­stoff­pro­duktion CO2-neutral.
3. „Grauer“ Wasser­stoff ist die umwelt­schäd­lichste Form von gasför­migem Wasser­stoff. Er entsteht, wenn fossile Brenn­stoffe – haupt­sächlich Erdgas, Kohle oder Öl – genutzt und diese unter großer Hitze­ent­wicklung in CO2 und Wasser­stoff zerlegt werden. Während­dessen gelangt das CO2 in die Atmosphäre.
4. „Blauer“ Wasser­stoff ist im Grunde genommen „grauer“ Wasser­stoff, aber mit einem entschei­denden Unter­schied: Während des Herstel­lungs­pro­zesses wird das entstandene CO2 abgefangen und (unter­ir­disch) in einem sogenannten CCS (Carbon Capture Storage) gespei­chert. So kann es nicht in die Atmosphäre gelangen. Deshalb ist diese Art der Wasser­stoff­pro­duktion CO2-neutral.

Das sind derzeit die wichtigsten Wasser­stoff­arten. Insgesamt gibt es neun Typen. Die habe ich euch hier zusammengestellt:

3. Multi­talent Wasser­stoff: sauber, speicherbar, verfügbar

Ihr fragt euch, warum ausge­rechnet Wasser­stoff als uralter Baustein des Lebens ein so wichtiger Baustein zum Aufbau einer nachhal­tigen und neuen Energie­ver­sorgung werden soll? Weil vor allem der „grüne“ Wasser­stoff viele nützliche Eigen­schaften besitzt:

• Er ist CO2-neutral.
• Wasser­stoff ist unendlich verfügbar, denn 90 % aller Atome im Universum bestehen aus Wasserstoff.
• Wasser­stoff hat eine hohe (masse­be­zogene) Energie­dichte: Ein Kilogramm Wasser­stoff enthält etwa so viel Energie wie drei Liter Benzin.
• Wasser­stoff kann Energie speichern, d. h. man stellt ihn her, lagert ihn ein und kann ihn bei Bedarf wieder spalten.
• Er ist gut trans­por­tierbar (in Form von kompri­miertem Gas oder tiefge­kühlter Flüssigkeit).
• Wasser­stoff ist nicht wasser­ge­fährdend, kann deshalb als sauberer Energie­träger auch in Trink­was­ser­schutz­ge­bieten zum Einsatz kommen.

4. Wasser­stoff ist vielfältig nutzbar

CO2-neutraler Wasser­stoff lässt sich auf viele verschiedene Arten nutzen, z. B. …

• bei der besonders energie­in­ten­siven Stahl­pro­duktion soll Wasser­stoff zukünftig die Kohle ersetzen. Auch bestimmte Prozesse in der Chemie­in­dustrie können nur mit „grünem“ Wasser­stoff klima­schonend gestaltet werden
• sollen Gaskraft­werke auf lange Sicht mit klima­neu­tralen Gasen wie Wasser­stoff betrieben werden. So sollen konven­tio­nelle Gaskraft­werke nach dem Willen der Bundes­re­gierung zur Sicher­stellung der Versor­gungs­si­cherheit nur noch so gebaut werden, dass sie eines Tages auf klima­neu­trale Gase wie Wasser­stoff umgestellt werden können.
• dort, wo der Einsatz von Elektro-Antrieben nicht sinnvoll oder unmöglich ist. Hier kann Wasser­stoff eine Lösung für klima­scho­nenden Verkehr darstellen. Entweder direkt als Energie­quelle oder in Form von so genannten E-Fuels. Die wiederum aus Wasser­stoff, angerei­chert mit CO2, erzeugt werden. Beide können dazu dienen, LKWs, Schiffe oder Flugzeuge anzutreiben. Wasser­stoffzüge etwa haben das Potenzial, Dieselzüge im Regio­nal­verkehr zu ersetzen und so die CO2-Emissionen auf der Schiene zu minimieren.
• kann Wasser­stoff als Heizstoff dem Erdgas beigemischt werden. Schon heute dürfen 10 % Wasser­stoff im Erdgasnetz enthalten sein. Aktuelle Tests halten sogar 20 % für möglich, ohne dass Heizungs­an­lagen umgebaut werden müssten. Erste Wasser­stoff-Ready-Heizungen werden derzeit entwi­ckelt. Sie könnten dann bis zu 100 % Wasser­stoff verarbeiten.

5. Wasser­stoff: Energie der Zukunft

„Grüner Wasser­stoff ist das Erdöl von morgen“, so steht es auf der Homepage des Bundes­mi­nis­te­riums für Bildung und Forschung. Schon im Juni 2020 hat die Bundes­re­gierung eine sog. Nationale Wasser­stoff­stra­tegie beschlossen, um auf dieser Basis den CO2-Ausstoß in der Industrie, dem Verkehrs- und Energie­be­reich zu senken. Wasser­stoff soll die Bahn frei machen für das große Ziel der Europäi­schen Union, Klima­neu­tra­lität in 2050 zu erreichen. Denn dazu wird eine völlige Abkehr von fossilen Brenn- und Kraft­stoffen nötig. Gleich­zeitig soll die Wettbe­werbs­fä­higkeit der deutschen Wirtschaft gefördert und neue Märkte erschlossen werden, denn „grüner“ Wasser­stoff wird aktuell haupt­sächlich im Ausland in wind- und sonnen­reichen Ländern produ­ziert und dann via Pipeline und Schiffen u. a. nach Deutschland expor­tiert. Noch steht in Deutschland dafür viel zu wenig Öko-Strom zur Verfügung. Das Ziel der Natio­nalen Wasser­stoff­stra­tegie ist es, Deutschland zu einem globalen Vorreiter bei „grünem“ Wasser­stoff zu machen und die Export-Abhän­gigkeit zu verringern.

So, und ganz zum Schluss, muss ich leider noch Wasser in den Wein kippen: Denn der Nachteil von Wasser­stoff ist, dass er sehr viel Strom bei der Produktion verbraucht. Deshalb sollte – wo immer möglich – der Strom direkt und nicht über den Umweg über Wasser­stoff einge­setzt werden.