Die Einsatzbereiche von Wasserstoff als Energieträger sind äußerst vielfältig und daher auch schon in vielen Bereichen verbreitet. In diesem Artikel wollen wir uns näher damit befassen, welchen Nutzen Wasserstoff uns und unserer Industrie bieten kann, und wie man ihn am besten einsetzt.
Denn nur unter bestimmten Voraussetzungen kann Wasserstoff sein volles Potenzial entfalten und uns helfen weniger Treibhausgase auszustoßen. Worauf sollten wir uns aber konzentrieren, so dass ein Großteil an Treibhausgasemissionen stark minimiert werden kann?
Welche Anwendungsbereiche sind für den Wasserstoff-Einsatz geeignet?
Zunächst einmal müssen wir uns von der Vorstellung verabschieden, dass Wasserstoff allein unsere Wirtschaft und Industrie in eine umweltfreundliche Nation verwandeln wird. Denn um ein ganzheitliches System aus regenerativen Energiequellen auf die Beine zu stellen, ist der Einsatz von Wasserstoff zwar ein wichtiger Beitrag, aber letztlich auch nur ein Baustein von vielen.
Man kann mit Wasserstoff zwar theoretisch auch dem Sektor Mobilität, Energie und der Industrie zu einem umweltfreundlichen Wandel verhelfen, doch es gibt in vielen Bereichen effizientere Methoden, die mehr Kohlendioxid einsparen als der Einsatz von Wasserstoff.
Denn die energie- und kostenintensive Elektrolyse, mit der Wasserstoff hergestellt wird, ist im Moment noch zu ineffizient, um wirklich einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Vor allem unter dem wirtschaftlichen Aspekt gibt es aktuell günstigere Lösungen.
Mit dem direkten Einsatz von Strom aus regenerativen Quellen lassen sich zurzeit deutlich höhere CO₂-Einsparungen erzielen, als wenn man den Strom erst für die Umwandlung von Wasserstoff nutzen würde. Daher muss man sich genau überlegen, in welchen Bereichen eine flächendeckende Anwendung von Wasserstoff Sinn ergibt.
Verweis intern: Ist Wasserstoff der Retter und Allheilmittel?
Der Energieeinsatz am Beispiel einer Wärmepumpe
Mit einer modernen Wärmepumpe lassen sich mit einem kWh Strom ca. 3,3 kWh Erdgas einsparen.
Nutzt man die Kilowattstunde Strom allerdings erst für die Elektrolyse von Wasserstoff und anschließend zur Erwärmung des Gebäudes, lassen sich nur noch ca. 0,6 kWh Erdgas einsparen. Das zeigt in Teilen, dass Wasserstoff in bestimmten Bereichen zwar sinnvoll ist, aber die Prozesse dahinter noch nicht „reif“ genug sind.
Aktuell lohnt sich die Herstellung und der Einsatz Wasserstoff daher nur bei großem Stromüberschuss und niedrigen Preisen. Vielleicht ändern sich in den nächsten Jahren aber die Voraussetzungen und es gibt deutlich mehr Strom aus regenerativen Quellen, sodass die Preise sinken.
Sinnvolle Einsatzgebiete für Wasserstoff
Besonders in Bereichen, in denen es technisch nicht möglich ist, Strom aus erneuerbaren Energien direkt einzusetzen, ist es sinnvoll, Wasserstoff als Alternative in Betracht zu ziehen. Denn so lassen sich Schadstoffemissionen gezielt verringern und wir schützen so das Klima.
Schon heute wird in vielen Bereichen Wasserstoff eingesetzt, so entsteht ein aktueller jährlicher Verbrauch von ca. 55 bis 60 TWh Wasserstoff in Deutschland., das entspricht ca. 10% des Nettostromverbrauchs in Deutschland – Allerdings wird der größte Anteil davon als sogenannter grauer Wasserstoff gewonnen. Dieser hat seinen Ursprung in fossilen Brennstoffen und ist aufgrund seiner Treibhausgasemissionen bei der Produktion als umweltschädlich eingestuft – Verweis intern: Die verschiedenen “Farben” von Wasserstoff.
Wasserstoff in der Energieversorgung
Besonders als Brenn- und Treibstoff ist “grüner Wasserstoff” eine sehr interessante Energiequelle, da sie CO₂-neutral ist, wenn bei der Herstellung auf nachhaltigen Strom zurückgegriffen wurde.
Gerade in Gaskraftwerken kann Wasserstoff zukünftig als Brennstoff dienen, um die Sicherheit der Stromversorgung für das Land zu gewährleisten. In Zeiten mit wenig Wind und Sonne kann so trotzdem immer Energie auf Abruf produziert werden, ohne weitere Treibhausgase und Feinstaub auszustoßen.
Update 7.9.2023: Anpassung der Wasserstoffstrategie war laut BDI notwendig – neben grünem H2O wird auch türkiser, orangener und blauer Wasserstoff berücksichtigt.
Wasserstoff in der Industrie
Auch für viele industrielle Prozesse, die aktuell sehr viel Energie benötigen wie die Glas- und Stahlindustrie ist Wasserstoff interessant, aber auch der Schiffs- und Lkw-Verkehr könnten von neuen technischen Neuerungen profitieren. Es gibt allerdings auch Beschränkungen, denn Wasserstoff ist ein Gas und hat damit ein sehr großes Volumen, das macht den Einsatz beispielsweise für die Luftfahrt schwierig. Hier wird man die nächsten Jahre wohl noch weiter auf Kerosin setzen müssen.
Um Wasserstoff künftig für den Betrieb der Industrie nutzen zu können, müssen vor allem die vorhandenen Systeme der Unternehmen auf die neue Energiequelle umgestellt werden. Dann ist es möglich, einige besonders energieintensive Prozesse komplett auf Wasserstoff-Betrieb umzustellen und damit die CO₂-Emissionen auf null zu senken.
Das Bundeswirtschaftsamt sieht dabei besonders die Stahl-, Chemie- und Glasindustrie im Zentrum, denn viele Brenn- und Schmelzöfen, die heute noch mit fossilem Erdgas betrieben werden, könnten in absehbarer Zeit auf Wasserstoff als Treibmittel umgestellt werden. Der Anteil an Treibhausgasemissionen liegt allein in der Stahlindustrie bei rund 30%.
Doch auch bei der Synthetisierung von Kraftstoffen wie Kerosin und Benzin kann Wasserstoff helfen, die Umweltbilanz zu verbessern. Denn Wasserstoff ist ein wichtiges Ausgangsprodukt, um in Verbindung mit Kohlenstoffen hochwertige Treibstoffe herzustellen.
Mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren ist es möglich, Wasserstoff in Rohöl umzuwandeln. Dabei wird Wasserstoff und Kohlendioxid miteinander verbunden. Im Idealfall stammt das verwendete CO₂ aus industriellen Prozessen und kann so noch eine sinnvolle Verwendung finden.
Anschließend kann das Rohöl zu vollwertigen Kraftstoffen veredelt werden, die in unseren Kraftfahrzeugen Verwendung finden können.
Diese synthetischen Kraftstoffe, auch E-Fuels genannt, verbrennen mit relativ geringem Ausstoß an Kohlenstoffdioxid und anderen Treibhausgasen. Wenn bei der Produktion des Wasserstoffs auf Strom aus erneuerbaren Energien zurückgegriffen wurde, kann man diese synthetischen Kraftstoffe als klimaneutral betrachten. Denn so wird nur soviel CO₂ freigesetzt, wie bei der Produktion gebunden wird.
Aufteilung in zwei Energieträger – kurze Information
Die Verwendung von einer kWh regenerativen Stroms zu Herstellung von Wasserstoff als Basis von Treibstoffen kann ca. 0,5 l klassischen Treibstoff ersetzen. Verweis extern zum Nachlesen.
Damit lassen sich die Anwendungsgebiete in zwei Bereiche aufteilen:
- primärer Energieträger: Als Brennstoff (Gaskraftwerk, Glashütte, Stahlwerk)
- sekundärer Energieträger: Ausgangsmaterial für Kraftstoffe (Benzin, Diesel, Methan, Kerosin)
Wasserstoff in der Energieversorgung von Gebäuden
Auch für den Einsatz in der Gebäudeversorgung wurde schon über Wasserstoff als Energieträger nachgedacht. Allerdings gibt es hier schon wesentlich bessere und effizientere Systeme wie Photovoltaik-Anlagen und Wärmepumpen.
Zudem wäre die Nutzung von Wasserstoff zum Heizen von Gebäuden mit großen Investitionskosten verbunden, da die Systeme aufwendig sind und große Gastanks erfordern. So hat sich die Nutzung von Wasserstoff im Gebäudemanagement bisher nicht durchgesetzt und wird es wohl in absehbarer Zeit auch nicht.
Fazit Einsatzbereiche von Wasserstoff als Energieträger
Um mit Wasserstoff das größtmögliche Einsparpotenzial bei der Ausstoßung von Treibhausgasen zu erreichen, muss man geplant und systematisch vorgehen und besonders energieintensive Bereiche in der Industrie und der Energieversorgung zuerst umstellen. Wie wir gesehen haben, hält alleine die Stahlindustrie einen 30%igen Anteil an Treibhausgasemissionen. Das ist Aufgabe der Politik und wird aktuell mit der Wasserstoff-Agenda umgesetzt.
Denn Wasserstoff macht nicht in allen Bereichen gleich viel Sinn. Nur in den Bereichen, in denen man keine regenerativen Energiequellen direkt einsetzen kann, ist der Einsatz von Wasserstoff sinnvoll, um CO₂-Belastungen für das Klima zu vermeiden. Ansonsten ist mit dem direkten Einsatz von Strom aus erneuerbarer Energie meist eine größere CO₂-Einsparung zu erreichen.
