Die Menschheit ist beständig auf der Suche nach einer neuen Energiequelle, die für das Klima weniger belastend sind als Kohle, Öl, Gas oder andere fossile Brennstoffe. Um den riesigen Energiehunger unserer modernen Zivilisation auch weiterhin stillen zu können, müssen also neue Wege gegangen werden, und genau da kommt Wasserstoff als Energiequelle ins Spiel. Denn Wasserstoff hat großes Potenzial, eine wichtige Rolle in der klimafreundlichen Energieversorgung Deutschlands zu spielen.
Was ist Wasserstoff und wie können wir ihn nutzen?
Wasserstoff ist das erste Element unseres Periodensystems und damit auch das leichteste mit der geringsten Atommasse. Wasserstoff ist auch gleichzeitig das am häufigsten vorkommende Element der Erde und damit in rauen Mengen verfügbar. Allerdings meist nicht in Reinform, sondern in Form anderer chemischer Verbindungen wie H₂O (Wasser). Das Element ist auch in allen Lebensformen auf der Erde zu finden.
Wie können wir jetzt aber Wasserstoff für die Energiegewinnung nutzen? Um Energie aus dem Wasserstoff zu ziehen, muss erst Wasser (H₂O) als Ausgangsmaterial in seine Bestandteile, nämlich Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) aufgespalten werden. Das geschieht bei der sogenannten Elektrolyse mittels Elektrizität.
Der Vorgang der Elektrolyse:
- In einen Behälter mit Wasser werden zwei Elektroden getaucht, die Anoden und die Kathode. Dabei ist die Anode positiv und die Kathoden negativ geladen
- Der positiv geladene Wasserstoff sammelt sich dabei an der negativ geladenen Kathode, während sich der Sauerstoff an der Anode sammelt. So werden die beiden Elemente voneinander getrennt
Anschließend wird der gewonnene Wasserstoff in riesigen Tanks für die weitere Nutzung zwischengelagert. Der überschüssige Sauerstoff wird einfach klimaneutral in die Atmosphäre entlassen, oder für weitere Verarbeitungszwecke gespeichert.
Möchte man jetzt Strom aus dem Wasserstoff gewinnen, gibt es dafür zwei Möglichkeiten. Eine Rückverstromung kann mit einer Wasserstoff-Brennzelle stattfinden, dabei wird die Elektrolyse einfach rückwärts in Gang gesetzt und Strom wird erzeugt.
Als einziges Reaktionsprodukt entsteht in dem Fall reines Wasser, welches völlig unbedenklich ausgestoßen werden kann. Oder der Wasserstoff kann auch in bestimmten Kraftwerken einfach verbrannt werden, auch so kann die in ihm enthaltene Energie genutzt werden, entweder als Wärme oder direkt als Strom.
Die verschiedenen “Farben” von Wasserstoff
Eigentlich hat das Gas natürlich keine verschiedenen Farben, es wird aber je nach Art der Erzeugung und des CO₂-Ausstoßes in verschiedene Farbklassen eingeteilt, hier eine kleine Übersicht:
- Grün: Wasserstoff wird mit Elektrolyse hergestellt, die Energie stammt aus erneuerbaren Energien – CO₂-neutral
- Türkis: Wasserstoff wird hierbei durch Methanpyrolyse gewonnen, dabei wird das Methan im Erdgas in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten, – CO₂-neutral, wenn der benötigte Strom aus erneuerbaren Energien stammt
- Grau: Wasserstoff wird durch die Dampfreformierung fossiler Brennstoffe gewonnen, CO₂ als Abfallprodukt – nicht CO₂-neutral
- Blau: selbes Verfahren wie bei grauem Wasserstoff, allerdings wird das entstehende CO₂-eingefangen und unterirdisch eingelagert und gelangt nicht in die Atmosphäre – CO₂-neutral
- Pink/Gelb: Hierbei wird der Wasserstoff ebenfalls durch Elektrolyse gewonnen, der benötigte Strom stammt allerdings aus Atomkraft, dies ist zwar CO₂-neutral verursacht aber radioaktive Abfälle
Die Vorteile von Wasserstoff auf einen Blick!
Die Nutzung von Wasserstoff in der Energiegewinnung ist mit vielen Vorteilen verbunden, die wichtigsten haben wir dir kurz aufgelistet.
- Wasserstoff ist frei von Kohlenstoff und damit entstehen bei der Verbrennung keinen giftigen Verbindungen, sondern reines Wasser
- Die Elektrolyse von Wasserstoff ist mit allen Stromquellen möglich
- Wasserstoff eignet sich ideal als Ersatzenergie für Zeiten, in denen Strom gebraucht wird, denn er lässt sich unkompliziert lagern und umwandeln
- In vielen energieintensiven Branchen wie Mobilität, der Industrie und der Wärmeerzeugung kann Wasserstoff einen wichtigen Beitrag zur CO₂-Reduktion leisten
- Durch Brennstoffzellen kann Wasserstoff auch als Treibstoff für Kraftfahrzeuge Verwendung finden
Wie effizient ist Wasserstoff in der Energiegewinnung?
Bisher war die Gewinnung von Wasserstoff durch die Elektrolyse der am meisten kritisierte Punkt, denn dafür müssen große Mengen an Strom aufgewendet werden. Dadurch wird das Verfahren teuer und für viele Anwendungsbereiche unwirtschaftlich.
Für die Erzeugung von einem Kilogramm Wasserstoff werden in der Realität je nach Elektrolyseur und den Betriebseinstellungen zwischen 40 – 80 kWh Strom benötigt. Jedoch gibt es die Hoffnung, dass Elektrolyse-Verfahren durch neue Technik noch effizienter und damit günstiger gestalten.
Zum Vergleich, mit einem Kilogramm Wasserstoff kommt ein heutiges Auto etwa 100 km weit, damit entstehen vergleichbare Kosten wie mit einem modernen Benziner.
In der Realität ist es jedoch so, dass es Zeiten gibt, in denen in Deutschland so viel Strom produziert wird, dass wir ihn zu Schleuderpreisen ins Ausland verkaufen müssen, um das Netz nicht zu überlasten.
Hierbei kann Wasserstoff eine echte Chance bieten, denn so könnte man den überschüssigen Strom sinnvoll nutzen und für die Wasserstoffherstellung verwenden, anstatt ihn quasi zu verschenken. Der Wasserstoff kann dann später, wenn er gebraucht wird, wieder in Strom umgewandelt werden. Das minimiert die Abhängigkeit von Importen und hat mehr Stetigkeit in der inländischen Stromversorgung.Mehr Speicherkapazität von Strom – möglicher Gamechanger
Welche Voraussetzungen müssen für eine flächendeckende Nutzung von Wasserstoff gegeben sein?
Damit Wasserstoff jedoch flächendeckend als Treibstoff und Energiequelle eingesetzt werden kann, muss noch viel geschehen, denn die nötige Infrastruktur befindet sich gerade erst im Aufbau.
Um die effiziente Erzeugung von Wasserstoff weiter auszubauen, muss vor allem mehr Geld in die klimaneutrale Erzeugung von Strom fließen. Denn um große Mengen an Wasserstoff zu produzieren, werden auch weiterhin große Mengen an Strom benötigt werden. Damit Wasserstoff auch klimaneutral produziert werden kann, muss natürlich auch der verwendete Strom aus erneuerbaren Energien stammen.
Des Weiteren muss ein Versorgungsnetz aus Wasserstoffspeichern und Pipelines innerhalb Deutschlands aufgebaut werden.
Auch der Politik ist das Thema nicht komplett entgangen und so wurden ehrgeizige Pläne geschmiedet. Bis zum Jahr 2050 sollen in der EU 470 Milliarden Euro in den Aufbau einer Wasserstoff-Industrie investiert werden, um die Energiewende voranzutreiben. Aktuell besteht allerdings noch kein flächendeckendes Verteilnetz, weder in der EU noch in Deutschland.
Doch auch Deutschland hat sich hohe Ziele gesetzt beim Thema Wasserstoff. Dafür wurde im bereits im Jahr 2020 die nationale Wasserstoffagenda in Kraft gesetzt. Ziel ist es vor allem grünen Wasserstoff zu fördern, denn dieser wird CO₂-neutral mithilfe erneuerbarer Energien erzeugt. Außerdem soll die wirtschaftliche Stärke Deutschlands so gesichert werden.
Fazit Wasserstoff als Energiequelle der Zukunft
Wasserstoff bietet zahlreiche Möglichkeiten, uns unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu machen, und so einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Denn das Gas ist leicht zu lagern und kann ohne großen Aufwand beliebig umgewandelt werden. So kann Wasserstoff uns helfen, energiearme Zeiten zu überbrücken, wenn mal wenig Sonne scheint oder kein Wind weht.
