Grüner Wasserstoff: ein wichtiger Baustein für die Energiewende
Was ist grüner Wasserstoff? Es handelt sich um Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien durch Wasserspaltung gewonnen wird. Er wird als grün bezeichnet, da es sich um die umweltfreundlichste Form der Gewinnung handelt. Die Bundesregierung investiert in grünen Wasserstoff, da er wichtig für das Erreichen der Pariser Klimaschutz-Ziele ist.
Was ist grüner Wasserstoff?
Wasserstoff wird durch Spaltung von Wasser oder Erdgas gewonnen. Als grün wird Wasserstoff bezeichnet, der auf die umweltfreundlichste Art hergestellt wird. Zur Gewinnung werden erneuerbare Energien wie Sonnenenergie oder Windenergie verwendet. Wasser wird durch diese erneuerbaren Energien gespalten. Da es sich um speicherbare Sekundärenergie handelt, ist zwischen Erzeugung und Verbrauch eine zeitliche und örtliche Entkopplung erreichbar.
Was ist der Unterschied zwischen grünem, blauem und grauem Wasserstoff?
Wasserstoff ist ein farbloses Gas, doch wird er abhängig von der Art der Gewinnung mit den Farben Grau, Blau oder Grün charakterisiert:
- Grauer Wasserstoff wird durch Spaltung von Erdgas aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Das bei der Gewinnung entstehende Kohlendioxid wird an die Atmosphäre abgegeben.
- Blauer Wasserstoff wird ebenfalls durch Spaltung von Erdgas aus fossilen Brennstoffen erzeugt. Damit das entstehende Kohlendioxid nicht in die Atmosphäre gelangt, wird es abgeschieden und gespeichert.
- Grüner Wasserstoff wird mit erneuerbarem Strom durch Wasser erzeugt. Bei dieser Erzeugung entsteht kein Kohlendioxid.
Wie viel Energie wird für die Herstellung von einer Tonne Wasserstoff benötigt?
Eine Tonne Wasserstoff enthält chemisch die Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Mit dieser Energiemenge könnten theoretisch elf Drei-Personen-Haushalte in einem Mehrfamilienhaus ohne Durchlauferhitzer ein Jahr lang mit Energie versorgt werden.
Wie effizient lässt sich grüner Wasserstoff herstellen?
Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff durch Wasser-Elektrolyse mit erneuerbarem Strom liegt die Effizienz ungefähr bei 60 Prozent. Von der Energie, die für die Elektrolyse von Wasser benötigt wird, sind ungefähr 60 Prozent in Wasserstoff gebunden.
Durch Forschung und Entwicklung kann die Effizienz künftig noch deutlich gesteigert werden, da gegenwärtig noch massiv im Bereich der Wasserstoffherstellung geforscht wird. Deutlich höhere Wirkungsgrade können erzielt werden, da die bei der Elektrolyse anfallende Wärme weiterverwendet werden kann.
Was kostet die Herstellung von grünem Wasserstoff?
Gegenwärtig können die genauen Kosten zur Herstellung von grünem Wasserstoff noch nicht beziffert werden. Da für die Herstellung erneuerbarer Strom erforderlich ist, kann grüner Wasserstoff umso günstiger hergestellt werden, je günstiger dieser grüne Strom wird. Auch die steigende Effizienz der Wasser-Elektrolyse kann die Herstellung von grünem Wasserstoff günstiger machen. So kann künftig ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden.
Gute Ergebnisse verzeichnet bereits das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Kopernikus-Projekt P2X. Ein wichtiger Kostenfaktor bei der Wasser-Elektrolyse ist das seltene Metall Iridium. Der Anteil dieses Metalls konnte im Projekt P2X bereits um den Faktor 10 reduziert werden.
Wie erfolgt der Transport von grünem Wasserstoff?
Wasserstoff lässt sich nur im flüssigen Zustand gut transportieren. Die Verflüssigung ist teuer und kompliziert, da sie nur unter hohem Druck möglich ist. Das Kopernikus-Projekt P2X forscht gegenwärtig daran, den Wasserstoff für einen leichteren Transport an Flüssigkeiten zu binden.
Wo kommt grüner Wasserstoff her?
Grüner Wasserstoff kann am sinnvollsten dort produziert werden, wo genügend Energie für die Wasser-Elektrolyse verfügbar ist. In Süd- und Westafrika sowie in Australien sind hervorragende Bedingungen gegeben. Auf ungenutzten Flächen kann Strom aus Wind und Sonne hergestellt werden. Daher strebt das Bundesforschungsministerium strategische Partnerschaften mit diesen Ländern an.
Kommt Wasserstoff auch in der Natur vor?
Wasserstoff ist zwar auf der Erde reichlich vorhanden, doch das farblose Gas ist fast ausschließlich in chemischen Verbindungen wie Wasser, Kohlenwasserstoffen und Säuren enthalten. Um ihn für die Nutzung in der Industrie oder im Verkehr verfügbar zu machen, muss er aus diesen Verbindungen gelöst werden.
Bei grünem Wasserstoff erfolgt das durch die Elektrolyse von Wasser. Grüner Wasserstoff ist auf der Suche nach vielfältig einsetzbaren Energieträgern ein Schlüsselrohstoff in der Energiewende.
Warum spielt grüner Wasserstoff in der Energiewende eine Schlüsselrolle?
Wasserstoff darf dann den Zusatz grün tragen, wenn der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Energieträgern kommt. Er ist dann klimaneutral, da kein Kohlendioxid ausgestoßen wird und keine schädlichen Treibhausgase entstehen. Dieses Verfahren zur Herstellung wird als Power-to-Gas bezeichnet.
Gibt es eine Übergangsform, bis grüner Wasserstoff tatsächlich ausreichend verfügbar ist?
Eine Übergangsform ist der blaue Wasserstoff. Er wird aus Kohlenwasserstoffen hergestellt. Das für die Herstellung benötigte Kohlendioxid wird aufgefangen und gespeichert. Das Kohlendioxid kann nicht in die Atmosphäre entweichen. Blauer Wasserstoff ist daher CO2-neutral.
Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist gegenwärtig noch teuer. In der Industrie sind hohe Investitionen nötig, um die industriellen Prozesse auf wasserstoffbasierte Anlagen umzustellen.
Kann der Bedarf an grünem Wasserstoff allein durch die innerdeutsche Herstellung gedeckt werden?
Am 10. Juni 2020 wurde von der Bundesregierung die Nationale Wasserstoffstrategie verabschiedet. Deutschland ist bestrebt, möglichst viel grünen Wasserstoff kostengünstig herzustellen. Der Bedarf an grünem Wasserstoff kann durch die innerdeutsche Produktion allein nicht gedeckt werden.
Nach Angaben von Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier muss Deutschland einen erheblichen Teil an Kohlendioxid-freiem oder Kohlendioxid-neutralem Wasserstoff importieren. Dafür sind Energiepartnerschaften mit Lieferländern und mit Ländern erforderlich, die potenzielle Absatzmärkte für deutsche Wasserstofftechnologien darstellen könnten.
Warum investiert die Bundesregierung in grünen Wasserstoff?
Um die Pariser Klimaschutz-Ziele zu erreichen, spielt Grüner Wasserstoff eine zentrale Rolle. Die größten Treibhausgas-Verursacher in Deutschland sind die Industrie, der Verkehr und die Wärmeversorgung. Sie könnten mit grünem Wasserstoff klimafreundlich umgestaltet werden. Ein wichtiger Aspekt ist auch die Stärkung von Deutschland als Technologiestandort.
Wie wichtig ist grüner Wasserstoff für die Industrie?
Brennöfen für die Industrie können mit grünem Wasserstoff beheizt werden. Solche Brennöfen werden beispielsweise in der Zement-, Stahl- und Glasindustrie verwendet. Er ist auch relevant für die Nutzung von Abgasen.
Das BMBF fördert das Projekt Carbon2Chem, bei dem Wasserstoff zur Herstellung von Dünger, Kunst- und Kraftstoffvorläufern aus Abgasen verwendet wird. Im Power-to-X-Verfahren können mit Wasserstoff wichtige Rohstoffe für die Chemieindustrie hergestellt werden, wie das im Projekt Rheticus der Fall ist, das vom BMBF gefördert wird.
Welche Bedeutung hat Grüner Wasserstoff für den Verkehr?
Im Verkehr ist grüner Wasserstoff in den Bereichen relevant, in denen in absehbarer Zeit keine Elektrifizierung möglich ist. Das betrifft den Fern-, Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr.
Diese Verkehrsbereiche können klimafreundlich gestaltet werden, wenn Wasserstoff in synthetischen Kraftstoffen verwendet wird. Reiner Wasserstoff könnte auch für den Antrieb verwendet werden.
Wie relevant ist grüner Wasserstoff für die Wärmeversorgung?
Schon jetzt kann grüner Wasserstoff im gewissen Maß in ein bestehendes Gasnetz eingeleitet werden. Brennstoffzellen ermöglichen eine relativ effiziente Wärmegewinnung aus Wasserstoff.
Welche Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für grünen Wasserstoff?
Grüner Wasserstoff sollte zunächst dort eingesetzt werden, wo es vorläufig keine einfacheren klimaneutralen Alternativen gibt. Er kann dort genutzt werden, wo große Mengen Wasserstoff benötigt werden und der Transport relativ einfach organisiert werden kann. Konkret bedeutet das, dass er zuerst in der Industrie verwendet wird. Ein hoher Bedarf an grünem Wasserstoff besteht vor allem in der Stahl- und Chemieindustrie.
Warum ist grüner Wasserstoff für das Bundesforschungsministerium von Bedeutung?
Das Bundesforschungsministerium setzt auf grünen Wasserstoff, da er tatsächlich klimafreundlich ist. Während bei grauem und blauem Wasserstoff Kohlendioxid anfällt, ist grüner Wasserstoff die einzige Form von Wasserstoff, bei dessen Herstellung dieses Kohlegas nicht entsteht.
Pro Tonne Wasserstoff entstehen bei der Herstellung von grauem Wasserstoff ungefähr zehn Tonnen Kohlendioxid als Abfallprodukt. Dieses Kohlendioxid wird bei blauem Wasserstoff zwar aufgefangen und gespeichert, doch auch die Speicherung wird von der Gesellschaft nicht akzeptiert. Die Speicherung ist mit Risiken und Kosten verbunden.
Warum will sich Deutschland an der Herstellung von grünem Wasserstoff beteiligen, wenn das Land doch keinen Strom übrig hat?
Im Bereich der Technologie-Transporte nimmt Deutschland weltweit eine Führungsposition ein. Deutschland kann diese Position dauerhaft stärken oder ausbauen, wenn es Wasserstoff-Technologien entwickelt, die wegweisend für die Entwicklung der Energiewende sind. Künftig könnte Deutschland in großem Stil diese Wasserstoff-Technologien exportieren. Voraussetzung dafür ist der Aufbau der entsprechenden Anlagen und deren Erprobung.
Welche Projekte für grünen Wasserstoff werden schon jetzt vom Bundesforschungsministerium gefördert?
Das Bundesforschungsministerium fördert bereits eine ganze Reihe von Projekten für grünen Wasserstoff. Die Kopernikus-Projekte leisten den größten Beitrag. Es gibt folgende vom BMBF geförderte Projekte:
- Kopernikus-Projekt P2X zur Erforschung von grünem Wasserstoff von der Erzeugung bis zur Nutzung. Auch der Transport von grünem Wasserstoff wird mit diesem Projekt erforscht.
- Projektkonsortium HYPOS zur Untersuchung der Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff
- Kopernikus-Projekt ENSURE zur Analyse der Integration von Wasserstoff in das Energienetz der Zukunft
- Projekte Carbon2Chem und Machbarkeitsstudie MACOR zur Untersuchung der klimafreundlichen Gestaltung der Stahlindustrie mit Wasserstoff
- Projekte DEPECOR, NAMOSYN und BioDME zur Untersuchung von klimafreundlichen Kraftstoffen, für deren Herstellung Wasserstoff erforderlich ist
- Rheticus zur Untersuchung der Herstellung klimafreundlicher Chemieprodukte mit Wasserstoff
Quelle: bmwi-energiewende.de
