Grüner Wasserstoff

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Grüner Wasserstoff bezeichnet mit Elektrolyseuren durch Wasserspaltung gewonnenen Wasserstoff, bei dem die für die Elektrolyse nötige Energie vollständig durch erneuerbaren Energien wie z. B. Windenergie oder Sonnenenergie gedeckt wurde.[1] Er gilt als die einzige umweltfreundliche, klimaneutrale Möglichkeit der Wasserstoffgewinnung. Perspektivisch soll damit zumindest ein Teil des heutigen Verbrauchs von fossiler Energie (Erdöl, Erdgas, Kohle usw.) ersetzt werden. Im Gegensatz zu Strom wird mit Wasserstoff speicherbare Sekundärenergie gewonnen. Auf diese Weise kann eine zeitliche und örtliche Entkopplung zwischen Erzeugung und Verbrauch erreicht werden.[2] Es ist von Natur aus ein farbloses durchsichtiges Gas, die Herstellungsmethoden werden mit verschiedenen Farben charakterisiert.[3] Wasserstoff gilt als ein Treibstoff der Zukunft im Rahmen einer möglichen Wasserstoffwirtschaft.

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ziel ist es, den Ausstoß von Treibhausgasen, in dem Fall CO2, allmählich im Rahmen der Energiewende zu verringern und zu vermeiden. Es gibt viele Anwendungen oder Teilsektoren, die sich technisch oder ökonomisch nicht direkt mit Strom betreiben lassen; dort kann Wasserstoff eine alternative (Zwischen-)stufe für klimaneutrale gasförmige und flüssige Kraftstoffe sein.[4] Die Schwerpunkte der Bemühungen bei den bisherigen Phasen der Dekarbonisierung lagen eher beim unmittelbaren Strombedarf. In den kommenden Phasen der Energiewende wird grüner Wasserstoff mit großer Wahrscheinlichkeit eine immer wichtigere Rolle spielen, um die dann strengeren Treibhausgassparziele noch erreichen zu können.

Unter anderem mit der europäischen und der deutschen Nationalen Wasserstoffstrategie wird die Wasserstofftechnologie massiv gefördert und soll in Zukunft eine der tragenden Säulen der Energiewirtschaft werden. Bisher ist grüner Wasserstoff sehr teuer und kann noch nicht in großen Mengen produziert werden. Die Kosten sollen mit Forschung reduziert und der Ausbau gefördert werden. Da die potenzielle Stromerzeugungskapazität in Europa dafür absehbar nicht ausreicht, soll später auch Wasserstoff aus dem Ausland importiert werden. Die Herstellung ist an allen entweder sonnenreichen oder windreichen Standorten besonders vorteilhaft, also überall dort, wo die Stromgestehungskosten niedrig sind, wie etwa in der schottischen See, der arabischen Halbinsel, Südamerika oder Australien. Der so gewonnene Wasserstoff kann dann beispielsweise mit Tankschiffen oder über Pipelines weitertransportiert werden.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die unterschiedlichen Einsatzbereiche von sauberem Wasserstoff nach ihrer Wirtschaftlichkeit

Wasserstoff ist vielseitig einsetzbar.[5] Grüner Wasserstoff soll beispielsweise einem Ausgleich von schwankendem Strombedarf dienen. Es ist ein geeigneter Energieträger, um regenerativ erzeugten Strom zwischenspeichern zu können. Je nach Bedarf kann dieser Wasserstoff beispielsweise als Strom über Brennstoffzellenkraftwerke zurückgewonnen werden. Dabei könnten unterirdische Kavernenspeicher verwendet werden, wodurch eine saisonale Speicherung oder für Dunkelflauten möglich wäre.[6][7] In weiteren möglichen Umwandlungsschritten kann Wasserstoff die Grundlage von sogenannten Power-to-X-Energieträgern sein. Diese damit gewonnenen Erzeugnisse können beispielsweise als umweltfreundlicher Ersatz für heutige flüssige und gasförmige Treibstoffe (Power-to-Liquid, Power-to-Gas) dienen. Außerdem soll zukünftig unter anderem umweltfreundlicher grüner Stahl damit erzeugt werden. Wasserstoff kann zur Sektorenkopplung zwischen Stromerzeugung, Mobilität, Wärmesektor und Industrie beitragen. Darüber hinaus sollen damit zukünftig schwere Nutzfahrzeuge, Flugzeuge und andere Mobilitätslösungen über Brennstoffzellen angetrieben werden, wobei keine Abgase entstehen, sondern lediglich Wasserdampf. In der Gebäudetechnik kann mithilfe von Brennstoffzellenheizungen gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt werden.

Mit dem zunehmendem Ausbau von Erzeugungskapazitäten regenerativer Energien kommt es immer häufiger zu zeitweiliger Überbedarfsdeckung im Stromangebot, was dann auch zur Erzeugung von grünem Wasserstoff genutzt werden könnte. Bei der Herstellung des heute meist verwendeten grauen Wasserstoffs entsteht sehr viel Treibhausgas, dieser kann durch grünen Wasserstoff ersetzt werden.

Kritik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die resultierenden Gesamtwirkungsgrade innerhalb der jeweiligen Prozessketten sind nicht besonders hoch, da bei jeder weiteren Umwandlungsstufe Energie verloren geht. Da aber kaum alle Anwendungsfälle mit verlustärmerem Strom versorgt werden können, bleibt es bei strengeren Treibhausgassparzielen eine mögliche Option. Eine Studie von Greenpeace Energy kam Ende 2020 zu dem Ergebnis, dass der Einsatz von grünem Wasserstoff aufgrund des vergleichsweise schlechten Wirkungsgrades nur dann dem Klimaschutz diene, falls es Ökostrom im Überfluss gäbe.[8][9] Es mussten erst noch regulatorische Maßnahmen umgesetzt werden, wie etwa eine Reduzierung von Abgabelasten. Die EEG-Umlage für diesen Strom wurde per Beschluss schon reduziert.[10]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Sven Geitmann, Eva Augsten: Wasserstoff und Brennstoffzellen: Die Technik von gestern, heute und morgen. Hydrogeit Verlag, 4., komplett überarbeitete Auflage, Oberkrämer 2021, ISBN 978-3-937863-51-1.
  • Thomas Schmidt: Wasserstofftechnik: Grundlagen, Systeme, Anwendungen, Wirtschaft. Hanser, München 2020, ISBN 978-3-446-46001-0
    • Kapitel 1: Einführung, S. 1–14
    • Kapitel 4: Technologiepfade mit Wasserstoff, S. 185–215
  • Wasserstofferzeugung, Brennstoffzellen und Methanisierung. In: Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme (Kapitel 10). 9., aktualisierte Auflage. Hanser, München 2015, ISBN 978-3-446-44267-2, S. 381–393.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. Sechste Auflage, München 2021, S. 339.
  2. Vortrag: Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien in Deutschland auf YouTube, 6. Juni 2018, abgerufen am 9. Februar 2021 (in etwa bei Laufzeit 36:20 bis 37:20 min).
  3. Wasserstoff Farbenlehre. In: solarify.eu. 18. März 2020, abgerufen am 26. Juli 2021.
  4. Grüner Wasserstoff: Wie weit sind wir bei der Nutzung? auf YouTube, 15. Januar 2021, abgerufen am 26. Januar 2021 (In etwa bei Laufzeit 2:00 bis 2:50 Minuten).
  5. Wasserstoff Dossier: Hoffnungsträger mit Fehlstarts. In: scinexx.de. Abgerufen am 13. September 2021.
  6. Kapitel 9.1: Die untertägige Speicherung von Wasserstoff. In: Thomas Schmidt: Wasserstofftechnik: Grundlagen, Systeme, Anwendungen, Wirtschaft. ISBN 978-3-446-46001-0, S. 384–409.
  7. Unterirdische Kavernen. In: Sven Geitmann, Eva Augsten: Wasserstoff und Brennstoffzellen: Die Technik von gestern, heute und morgen. ISBN 978-3-937863-51-1, S. 106–107.
  8. Jörg Staude: "Grüner" Wasserstoff ist nicht gleich "grüner" Wasserstoff. In: Klimareporter. 5. Dezember 2020, abgerufen am 24. Mai 2021.
  9. Steffen Bukold, Fabian Huneke, Michael Claußner: Grün oder Blau? Wege in die Wasserstoff-Wirtschaft 2020-2040. Greenpeace Energy, Dezember 2020, abgerufen am 24. Mai 2021.
  10. Klaus Stratmann: Preisgünstiger Strom für grünen Wasserstoff wird Realität. In: Handelsblatt. 12. August 2021, abgerufen am 12. August 2021.