Was ist grüner Wasserstoff? Und wie unterscheidet er sich von herkömmlichem Wasserstoff? Herkömmlicher Wasserstoff, der durch die Dampf-Reformierung von Erdöl oder Erdgas gewonnen wird, gilt als fossile und nicht nachhaltige Energiequelle. Bei der Herstellung von herkömmlichem Wasserstoff werden hohe Mengen an CO2 in unsere Atmosphäre freigesetzt, was die Umwelt stark belastet.
Grüner Wasserstoff hingegen ist die saubere Version des Wasserstoffs. Er wird aus erneuerbaren Quellen gewonnen.
Was genau ist grüner Wasserstoff?
Wasserstoff teilt sich in verschiedene Farben wie blauen Wasserstoff oder grauen Wasserstoff. Die wichtigste Farbe ist jedoch grün. Grüner Wasserstoff ist bei der Herstellung klimaneutral und stößt kein CO2 aus.
Grüner Wasserstoff spielt eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung verschiedener Sektoren, z. B. der chemischen Industrie und anderer energieintensiven Branchen wie der Stahl- und Zementindustrie.
Die Farben des Wasserstoffs
Doch Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff. Es gibt mehrere Arten, hier sind einige davon:
Türkiser Wasserstoff
Der Energieträger wird durch Pyrolyse aus Methan extrahiert. Bei diesem Verfahren wird das Erdgas unter Sauerstoffabschluss erhitzt, um die chemischen Bindungen thermisch aufzubrechen und Wasserstoff und festen Kohlenstoff zu gewinnen. Dadurch wird kein CO₂ in die Atmosphäre freigesetzt. Stammt die für die Methanpyrolyse notwendige Energie aus erneuerbaren Quellen, ist die Herstellung sogar klimaneutral.
Grauer Wasserstoff
Als grauer Wasserstoff wird Wasserstoff bezeichnet, der ausschließlich aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird. Bei solchen Verfahren entstehen hohe CO2-Emissionen in die Atmosphäre.
Blauer Wasserstoff
Er wird durch Dampfreformierung erzeugt, das dabei entstandene CO₂ wird jedoch unterirdisch gespeichert (CCS-Technologie – Carbon Capture and Storage). Er wird also nicht in die Atmosphäre freigesetzt und ist somit klimaneutral.
Roter Wasserstoff
Auch bekannt als violetter Wasserstoff, kennzeichnet dies die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse mit Hilfe von Kernenergie.
Der einzige 100% nachhaltige und perspektivisch kommerziell nutzbare Wasserstoff ist der so genannte “grüner Wasserstoff”. Er wird durch Elektrolyse von Wasser in speziellen elektrochemischen Zellen gewonnen, die mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden. Eine weitere Möglichkeit der Gewinnung von grünem Wasserstoff ist das photoelektrochemische Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das Sonnenlicht von einem Halbleitermaterial absorbiert, das wiederum eine so hohe Photospannung (> 1,6 Volt) erzeugt, dass Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.
Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?
Wie bereits erwähnt, wird grüner Wasserstoff unter Verwendung erneuerbarer Energien wie zum Beispiel durch den Prozess der Elektrolyse von Wasser hergestellt, bei dem der bereitgestellte Strom aus Erneuerbaren Energien stammt. Aber wie genau wird grüner Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt?
Der Elektrolyseur ist ein Gerät, das elektrische Energie nutzt, um Wasser durch eine chemische Reaktion in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Im Elektrolyseur wird das Wasser einer elektrischen Einwirkung ausgesetzt, die die Wasser-Moleküle in Wasserstoff- und Sauerstoffatome zerlegt. Der Sauerstoff wird dann an die Atmosphäre abgegeben, während der Wasserstoff aufgefangen und für eine spätere Verwendung gespeichert wird.
Der für den Betrieb des Elektrolyseurs benötigte Strom muss aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft stammen. Denn das Ziel der grünen Wasserstoffproduktion ist es ja gerade, eine saubere und nachhaltige Energiequelle zur Verfügung zu haben und damit die mit der Energieerzeugung verbundenen CO2-Emissionen drastisch zu reduzieren und die Umwelt zu schützen.
Was sind die Vor- und Nachteile von grünem Wasserstoff?
Wie alle Technologien hat auch grüner Wasserstoff sowohl Vor- als auch Nachteile.
Vorteile
Nachteile
- Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist CO2-neutral.
- Diese Art von Wasserstoff wird aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt, die nicht wie fossile Brennstoffe zu Neige gehen.
- Er kann in verschiedenen Sektoren wie Verkehr, Energie und Industrie eingesetzt werden, was ihn zu einer vielseitigen Lösung für die Energiewende macht.
- Ein weiterer Vorteil ist der hohe Energiegehalt, denn ein Kilogramm Wasserstoff hat einen Energiegehalt von 33 Kilowattstunden (kWh), während ein Liter Diesel nur einen Energiegehalt von 10 kWh hat.
- Die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff sind im Vergleich zu fossilen Brennstoffen derzeit noch relativ hoch.
- Für die Herstellung und Verwendung von grünem Wasserstoff ist eine Anpassung der Infrastruktur erforderlich, z.B. bei Verteil- und Fernleitungsnetzen sowie bei Tankstellen.
- Da Strom ein wichtiger Inputfaktor bei der Herstellung von grünem Wasserstoff ist, haben die Strompreise einen großen Einfluss auf die Produktionskosten.
Wie grün ist grüner Wasserstoff tatsächlich?
Grüne Wasserstoffproduktion bezieht sich auf die Produktion durch Elektrolyse, die mit erneuerbaren Energiequellen betrieben wird. Das bedeutet, dass das Verfahren selbst keine direkten CO2-Emissionen verursacht, da es auf Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen- oder Windenergie beruht. Die Produktion von grünem Wasserstoff ist jedoch nicht völlig emissionsfrei, da auch die Erzeugung der erneuerbaren Energiequellen selbst (z. B. Solarmodule oder Windkraftanlagen) und die Infrastruktur für ihre Nutzung CO2-Emissionen verursachen können.
Es handelt sich also um einen bedeutenden Schritt in Richtung Umweltfreundlichkeit im Gegensatz zur Produktion von grauem oder blauem Wasserstoff, der jedoch nicht völlig frei von Umweltauswirkungen ist. Die Minimierung der gesamten CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus von grünem Wasserstoff ist nach wie vor eine Herausforderung.
Was kostet grüner Wasserstoff?
Einen einheitlichen Preis für Wasserstoff gibt es leider nicht. Derzeit ist der Bezug von fossilen Brennstoffen wie Erdgas, einschließlich der CO2-Kosten, “ kostengünstiger “ als die Herstellung von grünem Wasserstoff. Die Kosten für grünen Wasserstoff in Deutschland variieren und können in der Regel in drei Hauptkategorien unterteilt werden:
- Produktionskosten
- Transport- und Speicherkosten
- Vertriebskosten
Die Kosten hängen stark von der Art der Elektrolyse (z. B. alkalische Elektrolyse, PEM-Elektrolyse), der Effizienz der Anlage und den Investitionskosten ab. Außerdem ist der Strompreis, ein wesentlicher Faktor, der den Preis mitentscheidet. Wind- und Solarenergie können die Produktionskosten senken. Allerdings handelt es sich dabei nicht um steuerbare Stromquellen, so dass man auf Wind oder Sonneneinstrahlung angewiesen ist, was bedeutet, dass die Elektrolyse regelmäßig ausfällt, wenn kein Strom fließt.
Die Nachfrage nach grünem Wasserstoff kann ebenfalls einen starken Einfluss auf die Preise haben. Eine steigende Nachfrage könnte dazu führen, dass mehr Produktionskapazitäten aufgebaut werden, die entstehenden Skaleneffekte können langfristig zu Kostensenkungen führen.
Wie kann grüner Wasserstoff günstiger werden?
Heute steht der Energieträger jedoch vor einem nicht unerheblichen Hindernis: den Kosten. Die Produktion von nachhaltigem grünem H2 ist, wie bereits erläutert, teurer als seine “grauen” oder “blauen” Pendants, die aus Erdgas bzw. fossilen Kohlenwasserstoffen hergestellt werden.
Damit grüner Wasserstoff weltweit verstärkt gefördert und vermarktet werden kann, ist die Wirkung von Förderprogrammen und ihre Wichtigkeit bei der Anlaufphase von entscheidender Bedeutung. Im vergangenen Juni trafen sich die EU-Kommissarin für Energie, Kadri Simson und der Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz, Robert Habeck, in einem bilateralen Gespräch. Während dieses Treffens wurde beschlossen, die neue Europäische Wasserstoffbank (European Hydrogen Bank – EHB) und das von Deutschland entwickelte Instrument für Wasserstoff-Importe aus Nicht-EU-Staaten, H2Global, enger miteinander zu verknüpfen. Das Ziel von H2Global ist es, die ökologische Transformation unserer Gesellschaft und Wirtschaft auf dem Markt voranzutreiben und zu beschleunigen.
Diese Vereinbarung stellt einen bedeutenden Schritt dar, um den Bedarf an Wasserstoff in Deutschland und Europa zu decken und den weltweiten Aufstieg von grünem Wasserstoff zu fördern.
Insgesamt ist grüner Wasserstoff ein vielversprechender Baustein für eine nachhaltige Zukunft und eine saubere Energiewirtschaft. Seine Potenziale sind vielfältig und seine Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Mobilität über die Energiespeicherung bis hin zur Verwendung in der Industrie, z. B. bei der Stahlherstellung. Die kontinuierliche Forschung und Investitionen in grünen Wasserstoff sind entscheidend, um die globale Energiewende voranzutreiben und unseren Planeten für kommende Generationen lebenswert zu erhalten.
