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Wasserstoff - Ein Überblick

Das Symbolbild zeigt H2, das Zeichen für Wasserstoff, vor einem dunkelblauen Hintergrund

 

Wasserstoff (H₂) gilt als Energieträger der Zukunft. In den Sektoren Strom, Industrie, Wärme und Verkehr kann er einen entscheidenden Beitrag zum Ausstieg aus fossilen Energieträgern (Dekarbonisierung) leisten. Doch worin genau liegen seine Vorteile – und warum ist es so wichtig, zwischen verschiedenen Wasserstoff-Farben zu unterscheiden? Die Antworten auf diese und weitere wichtige Fragen zum Thema Wasserstoff lesen Sie in den folgenden Abschnitten nach.

 

Wasserstoff: Die wichtigsten Fragen und Antworten

 

Wasserstoff ist das erste Element im Periodensystem der Elemente. Es ist das leichteste Element und kommt zudem am häufigsten in unserem Universum vor. Die Energiedichte von Wasserstoff ist sehr hoch. Zum Vergleich: Die Energie von einem Kilogramm Wasserstoff entspricht etwa der von drei Kilogramm Benzin, Diesel oder Erdgas. Jedoch liegt Wasserstoff auf der Erde nur sehr selten in seiner elementaren Form vor, sondern ist überwiegend chemisch gebunden – beispielsweise in Form von Wasser, Biomasse oder anderen Kohlenwasserstoffen wie Erdöl oder Erdgas.


Was Wasserstoff so wertvoll macht, ist, dass er vielfältig einsetzbar ist und in den verschiedensten Bereichen Verwendung findet. So kann beispielsweise Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff gespeichert werden. Das hilft, die schwankende Verfügbarkeit von Wind oder Sonne auszugleichen. Zudem kann Wasserstoff in synthetische Kraftstoffe umgewandelt werden. So lassen sich auch schwer elektrifizierbare Bereiche erreichen. Doch das ist noch nicht alles: Viele Möglichkeiten bietet Wasserstoff auch für die Dekarbonisierung der Industrie und in Sachen Mobilität und Verkehr – derzeit vor allem für den Schwerlastverkehr.


Wasserstoff ist ein zukunftsträchtiger Energieträger. Langfristig gedacht, kann er eine Schlüsselrolle in einem Energiesystem ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe einnehmen.

Je nach seiner Erzeugung und den dabei entstehenden Emissionen wird Wasserstoff in unterschiedliche Farben eingeteilt:


  • Grün: Die Erzeugung von Wasserstoff ist nur dann nachhaltig, wenn sie aus 100 Prozent erneuerbaren Energien erfolgt. Diesen Wasserstoff bezeichnet man als grünen Wasserstoff. Um ihn zu erhalten, wird Wasser in einem Elektrolyseur gespalten, der mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben wird. Der Prozess ist komplett CO₂-frei. Die Anforderungen an grünen Wasserstoff richten sich nach §12i EEV (siehe Link im Infokasten unten).

  • Grau: Der Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung des fossilen Energieträgers Erdgas erzeugt. Dabei entsteht Kohlenstoffmonoxid, beziehungsweise nach einem weiteren Prozessschritt, Kohlenstoffdioxid. Beide Treibhausgase gelangen in die Atmosphäre - pro Tonne H₂ werden etwa zehn Tonnen CO₂ abgegeben.

  • Blau: Dieser Wasserstoff wird, ebenso wie grauer Wasserstoff, aus der Dampfreformierung von Erdgas gewonnen. Hier wird das entstehende Kohlenstoffdioxid jedoch aufgefangen und eingespeichert (engl.: carbon capture and storage, CCS) bzw. weiterverwendet (engl.: carbon capture and utilisation, CCU).

  • Türkis: Wasserstoff wird mittels Methanpyrolyse erzeugt. Dabei entstehen keine CO₂-Emissionen, sondern fester Kohlenstoff, der eingelagert oder weiterverwendet werden kann.

  • Orange: Wasserstoff wird als orange bezeichnet, wenn er über thermo- oder biochemische Verfahren aus Biomasse oder unter Verwendung von Strom aus Anlagen der Abfallwirtschaft - etwa Müllverbrennungs- oder Biogasanlagen - erzeugt wird.


  • Abseits dieser Übersicht gibt es noch weitere Farben, die stellenweise unterschiedlich verwendet werden. So wird beispielsweise Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus Atomstrom hergestellt wird, oft mit rot oder auch mit rosa beziehungsweise pink gekennzeichnet.

Grüner Wasserstoff wird über Elektrolyse erzeugt. Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion, die durch elektrische Energie in Gang gesetzt wird. Für den Betrieb der Elektrolyseanlagen wird ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt. Besonders an grünem Wasserstoff ist deshalb, dass seine Herstellung CO₂-neutral erfolgt.


Bei der Elektrolyse wird Wasser (H₂0) in Sauerstoff (O₂) und Wasserstoff (H₂) gespalten:
2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Der Einsatz von grünem Wasserstoff ist in vielen Bereichen denkbar. Von den Bereichen Energie, Industrie, Wärme über den Verkehrssektor ist eine Nutzung möglich (siehe auch Frage 1: Was ist Wasserstoff – und was macht ihn so wichtig?).
Aktuell ist es allerdings so, dass grüner Wasserstoff vor allem in Bereichen Verwendung finden soll, in denen es keine sinnvollen Alternativen zu Wasserstoff für eine Dekarbonisierung gibt. Weitere Informationen dazu gibt es in der Bayerischen Wasserstoffstrategie sowie in der Wasserstoff-Roadmap Bayern (siehe Link im Infokasten unten).


In welchen Bereichen der erzeugte Wasserstoff am sinnvollsten eingesetzt wird, hängt davon ab, wie viel Wasserstoff erzeugt wird: Werden nur kleine Mengen Wasserstoff erzeugt, ist die Verwendung vor Ort oder die Dekarbonisierung des Verkehrs eine sinnvolle Lösung. Stehen jedoch große Mengen zur Verfügung, sollte dieser bestenfalls in der Industrie eingesetzt werden.

Wasserstoff lässt sich in verschiedenen Aggregatszuständen transportieren. Er kann gasförmig unter hohem Druck oder flüssig bei sehr tiefen Temperaturen gespeichert und transportiert werden. Als weitere Möglichkeit kann Wasserstoff chemisch gebunden in Ammoniak, Methanol und weiteren Trägerflüssigkeiten (engl.: liquid organic hydrogen carriers, LOHC) an einen anderen Ort gebracht werden.

Generell ist Wasserstoff gut transportierbar und speicherbar. Als Energieträger der Zukunft ist das besonders wichtig. Gebiete mit günstigen Bedingungen zur Erzeugung von erneuerbaren Energien – etwa durch die Nutzung von Wind, Sonne oder Wasser – liegen meist nicht dort, wo auch der Energiebedarf sehr hoch ist. Daher ist es erforderlich, neue Partnerschaften zu schließen und globalen Handel mit erneuerbaren Energien zu betreiben. Wasserstoff als Transportmedium ermöglicht zukünftig den Import und Export von Energieäquivalenten aus wind- und sonnenreichen Regionen nach Bayern und Deutschland.

Der Transport erfolgt beispielsweise über Drucktanks oder das sogenannte European Hydrogen Backbone - ein europäisches Gasnetz zur Wasserstoffgrundversorgung.

Ja, die gibt es. In den vergangenen Jahren haben in Bayern bereits verschiedene Wasserstoff-Projekte gestartet. Anstoß dazu hat in vielen Regionen der Wettbewerb „HyLand – Wasserstoffregionen in Deutschland“ gegeben, der 2019 vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) ausgerufen worden ist. Innerhalb dieses bundesweiten Wettbewerbs prüfen auch Regionen im Freistaat ihre Potentiale im Bereich Wasserstoff und gehen erste Schritte zum Aufbau einer lokalen Wasserstoffwirtschaft.

Aber auch unabhängig von „HyLand“ gibt es in Bayern mittlerweile mehrere Modellregionen, die sich mit dem Thema Wasserstoff beschäftigen. Künftig soll die Wasserstoff-Infrastruktur noch weiter ausgebaut und die Energiewende damit vorangebracht werden. Eine detaillierte Darstellung der bayerischen Aktivitäten liefert die Wasserstoff-Roadmap Bayern (siehe Link im Infokasten unten).

 

Weitere Fragen zum Thema Wasserstoff?

Kontaktieren Sie uns gerne unter wasserstoff@lenk.bayern.de.

 

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